DE2023995C2 - Verfahren zum trocknen Feinstzerkleinern von Feststoffen und Mahlvorrichtung zu dessen Durchführung - Google Patents
Verfahren zum trocknen Feinstzerkleinern von Feststoffen und Mahlvorrichtung zu dessen DurchführungInfo
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- B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
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Description
Es ist bekannt, daß man Fe ',stoffe, wie Mineralien, bis zu einer feinen Korngröße, beispielsweise von einigen μ
oder darunter, zerkleinern kann, indem man ein Gemisch aus einem grobkörnigen Schleifmaterial und einer
wäßrigen Suspension des Feststoffes hersteiit, das Gemisch in Bewegung hält, bis der Feststoff zur gewünschten
Korngröße gemahlen ist, das grobkörnige Schleif material von der wäßrigen Suspension des gemahlenen Materials
abtrennt und das gemahlene Material trocknet. Es wurde im allgemeinen für wichtig angesehen, daß eine
Naßvermahlung des als wäßrige Suspension vorliegenden Feststoffes durchgeführt wird, was eine anschließende
Entwässerung dieser Suspension notwendig macht.
Ein Trockenmahlverfahren wird in der DE-AS 12 88 890 beschrieben, bei dem die Anwendung einer speziellen
hochtourig arbeitenden Rührwerksmühle vorgesehen ist Dabei baut sich im Betrieb an der Innenwand des
Mahlbehälters eine Art Ringzylinder auf, der aus dem Mahlgut und Mahlkörpern besteht, so daß der eigentliche
Mahl- und Zerkleinerungsvorgang nur in dieser Ringzylinderzone stattfindet. Die Mahlkörper, welche Durchmesser
bis unter 1 mm aufweisen können, wobei die Mahlkörperfüllung auch aus Mahlkörpern unterschiedlicher
|l Größe (z. B. Durchmesser von 0,5 bis 3 mm) bestehen kann, werden durch radial angeordnete Rührelemente in
Form von Vollscheiben in Bewegung gehalten. Um sicherzustellen, daß in dieser Ringzylinderzone stets ein
;|, ausreichender Freiraum vorhanden ist und so jederzeit für eine ausreichende Beweglichkeit zwischen dem
Mahlgut und den Mahlkörpern Sorge getragen i.-tf, läßt man das Gemisch aus Mahlgut und Mahlkörpern
kontinuierlich von einem Gas, wie Luft, durchströmen, welches vor Einspeisung in den Mahlbehälter komprimiert
worden ist. Dieses Gas übt aber keine Kühlwirkung aus, sondern es hat nur die Funktion, den ausreichenden
Bewegungsfreiraum zwischen Mahlgut und Mahlkörper zu schaffen. Die Kühlung erfolgt vielmehr von
außen mittels eines Doppelmantes, welcher den Mahlbehälter umgibt und von einem Kühlmittel durchströmt
wird.
Dieses bekannte Trockenmahlverfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß der Zerkleinerungsvorgang nur in
der Ringzylinderzone stattfindet und daher das Volumen des Mahlbehälters nur zu einem gewissen Prozentsatz
ausgenutzt wird. Außerdem ist die Außenkühlung sehr energieaufwendig.
Aufgabe der Erfindung war es daher, diese Nachteile zu überwinden und ein Verfahren zur Verfügung zu
stellen, bei dem der gesamte Mahlraum der Mahlkörper wirksam ausgenützt und außerdem eine Innenkühlung
verwendet werden kann, während gleichzeitig die bekannten Vollscheiben durch andere Rührelemente ersetzt
sind.
Diese Aufgabe wird durch die nachstehend aufgeführten Maßnahmen gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum trockenen Feinstzerkleinern von Feststoffen in einer hochtourig
arbeitenden Mahlvorrichtung unter Verwendung von Mahlkörpern mit Durchmessern bis zu Millimetergröße,
die nach der Vermahlung vom Mahlgut getrennt werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß man Mahlkörper mit
einer Korngröße im Bereich von 150 μ bis 6,35 mm (Kugeläquivalentdurchmesser) in einer Menge von 2 bis 5
Gewichtsteilen je Gewichtsteil zu mahlender Feststoff unter gleichzeitiger Abkühlung des Mahlgemisches durch
direkten Kontakt mit einem Kühlmittel einsetzt und daß das Vermählen durch die Einwirkungen von an einer
Welle angeordneten Schlagstäben, gezahnten Scheiben oder einem mit Schlitzen versehenen Käfig erfolgt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens mit schnell
laufendem Innenrührer, welche gekennzeichnet ist durch Ausgestaltung des Innenrührers als Welle mit darauf
angeordneten Schlagstäben, gezahnten Scheiben oder einem mit Schlitzen versehenen Käfig sowie durch eine
Einrichtung zur Einspeisung von Kühlmittel in die Mahlkammer.
Nach dem Verfahren der Erfindung werden Feststoffe behandelt, die entweder als solche in grobkörniger
Form vorliegen oder die - ■ was in der Regel der Fall ist — grob gemahlen oder zerkleinert werden, bevor sie
einer erfindungsgemäße Feinmahlung unterworfen werden. Teilchen mit einer Korngröße über 2,0 mm müssen
im allgemeinen grob gemahlen oder zerkleinert werden, bevor sie nach dem Verfahren der Erfindung gemahlen
werden können.
Das Verfahren der Erfindung eignet sich insbesondere zum Mahlen von Mineralien, wie Tone oder Kreiden.
Die im Verfahren als Ausgangsmaterial eingesetzten Feststoffe müssen genügend trocken sein, um in Form
eines Pulvers zu fließen. Dies bedeutet im allgemeinen, daß das Material höchstens 5 Gew.-°/o Wasser enthält Im
Falle feinteiliger Tone können jedoch z. B. bis 15 Gew.-% Wasser zugegen sein.
Die Mahlkörper bestehen vorzugsweise aus Teilchen mit einer Korngröße von 500 μ bis 3,175 mm (Kugeläquivalentdurchmesser),
wobei die Teilchen innerhalb dieses Bereichs eine im wesentlichen einer Gauß'schen
Kurve folgende Korngrößenverteilung aufweisen. Als Material für die Mahlkörper werden zweckmäßig Quarz,
Flintstein, calcinierter Kaolin, kleine Glasperlen oder ein keramisches Material, wie Perlen aus gesintertem
Aluminiumoxid, verwendet
Das Material für die Mahlkörper besitzt im allgemeinen eine Härte von 5 bis 9 entsprechend cv.r Mohs'schen
Härteskala und eine Dichte von mindestens 2,0 g/ccm.
Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß die Kühlung des Mahlgemisches durch direkten Kontakt
mit einem Kühlmittel erfolgt Beispielsweise kavin das Gemisch mittels eines eingeblasenen Gases, wie Luft oder
Kohlenmonoxid, gekühlt werden. Nach einer anderen Ausführungsform kann man das Gemisch durch Zugeben
von »Trockeneis« (zerkleinertes festes Kohlendioxid), Eis oder Wa-ser in den Mahlbehälter kühlen, wobei die
Kühlung des Behälterinhalts durch Verdampfung erfolgt. Im letzteren Fall soll die Verdampfung mit einer so
hohen Geschwindigkeit stattfinden, daß das Mahlgemisch zwar kühl gehalten wird, jedoch nicht so hoch, daß der
zu mahlende Feststoff nach dem Mahlvorgang mehr als 5 Gew.-°/o Wasser enthält. Eine Verdampfungsgeschwindigkeit
von 04 bis 5,0 ml Wasser/kg zu mahlender Feststoff je Minute ist im allgemeinen hierfür geeignet.
Zur Abtrennung des gemahlenen Feststoffs von den Mahlkörpern kann man das Gemisch mittels eines Siebes
klassieren, dessen lichte Maschenweite so bemessen ist, daß die Mahlkörper zurückgehalten werden und der
gemahlene Feststoff hindurchgelassen wird. Nach einer anderen Ausführungsform kann man das Mahlgut
mitteis Windsichtung im fluidisierten Zustand von den Mahlkörpern abtrennen und das Mahlgut vorzugsweise
mittels eines Zyklons sammeln.
Wenn ein solches Trennverfahren angewendet wird, wird die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zweckmäßig mit einer perforierten Grundplatte ausgestattet, deren öffnungen genügend
klein sind, um die Mahlkörper mit dem kleinsten Durchmesser noch zurückzuhalten, wenn kein fluidisierendes
Gas hindurchströmt. Der Durchmesser dieser öffnungen beträgt im allgemeinen 50 bis 500 μ. Zur Abtrennung
des gemahlenen Feststoffes von den Mahlkörpern wird ein fluidisierendes Gas durch die vorgenannte perforierte
Grundplatte hindurchgeblasen. Die zur Erzielung einer Trennwirkung benötigte Gasgeschwindigkeit beträgt
im allgemeinen 10 bis 100 cm/sec.
Der in der Mahlvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete schnell laufende
Innenrührer kann beispielsweise aus korrosionsbeständigem Stahl, Glas, einem hitzebeständigen Kunststoff
oder einem Metall bestehen, welches einen Überzug aus Glas oder einem hitzebeständigen Kunststoff aufweist.
Die an der drehbaren Welle angebrachten Rührelemente bestehen aus mehreren an der Welle befestigten und
von dieser abstehenden Schlagstäben, mehreren gezahnten Scheiben oder einem mit Schlitzen versehenen
Käfig.
Die Vorrichtung zum Kühlen des Mahlgemisches kann beispielsweise eine Vorrichtung zum Einspeisen eines
Kühlmittels, im aligemehen eines Kühlgases, in das Behälterinnere sein. Eine geeignete Vorrichtung ist z. B. eine
den Bebälter umgebende ringförmige Kammer, welche mit dem Behälterinneren über zahlreiche, in der Behälterseitenwand
befindliche Öffnungen verbunden ist, so daß das Kühlmittel von außen nach innen in das Mahlgemisch
eindringt.
Anhand der Zeichnung wird nun eine Ausführungsform d?s Verfahrens der Erfindung näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt im Aufriß (teilweise im Schnitt) eine zum Mahlen von Mineralteilchen geeignete Ausführungsform
der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß der Zeichnung ist ein zylindrischer Behälter 1 mit einem schnell laufenden Innenrührer 2 ausgestattet,
welcher eine drehbare Welle 3 aufweist. Die Welle 3 besitzt eine nabenai'tige Erweiterung 4, von welcher
mehrere runde Stangen 5 abstehen. Die Erweiterung 4 und die runden Schlagstäbe 5 bestehen aus einem
Kunststoff, z. B. Polymethylmethacrylat. Die Welle 3 läuft in den Lagern 10 und 11 und der Innenrührer 2 wird
mittels eines Elektromotors 6 über einen Treibriemen 7 und Obersetzungsräder 8 und 9 angetrieben. Die Räder
8 und 9 können zur Einstellung verschiedener Drehzahlen des Innenrührers 2 ausgetauscht werden. Der
zylindrische Behälter 1 ist an seiner Seitenwand mit einer ringförmigen Kammer 12 ausgestattet, welche mit dem
Inneren des Mahlbehälters über zahlreiche öffnungen 13 in Verbindung steht.
In die ringförmige Kammer 12 wird über Leitung 14 ein Kühlgas eingespeist; e'er Gasstrom wird mittels eines
Ventils (nicht gezeigt) geregelt.
Ein Mahlbehälter einer gemäß der Zeichnung aufgebauten Mahlvorrichtung wird mit 500 g eines trockenen,
grobkörnigen Kaolins sowie mit 1500 g einer Mischung von Mahlkörpern beschickt, welche zu etwa gleichen
Teilen aus Fiintstein und Quarz in Form von Teilchen mit einer Korngröße von 2000 μ bis 3,175 mm besteht.
Diese Teilchen weisen eine Härte von 7 gemäß der Mohs'schen Härteskala und eine Dichte von 2,6g/ccm auf.
Der Mahlbehälter besteht aus Polymethylmethacrylat und weist einen Innendurchmesser von etwa 15,24 cm auf.
Der Ir.nenrührer besteht aus demselben Material und besitzt vier quergerichtete runde Schlagstäbe, wobei die
Gesamtlänge der Stäbe etwa 12,7 cm beträgt. Die Drehzahl des Innenrührers beträgt 1100 U/min.
ίο Der Innenrührer wird im Gemisch aus dem Kaolin und den Mahlkörpern 30 Minuten lang in Bewegung
gehalten, wobei vom Gemisch eine Energie von 41 kWh/Tonne trockener Kaolin aufgenommen wird. Zur selben
Zeit wird Kühlluft in die ringförmige Kammer 12 mit einer solchen Geschwindigkeit eingeblasen, daß die
Temperatur des Gemisches zur Unterdrückung der Agglomeratbildung und zur Vermeidung der Verformung
des Polymethylmethacrylats bei 82°C oder darunter gehalten wird.
η Der Kaolin wird von den Mahlkörpern abgetrennt, indem man das Gemisch mittels eines Siebes mit einer
lichten Maschenweite von 0,5 mm klassiert. Der Kaolin besteht ursprünglich zu 7 Gew.-°/o aus Teilchen mit einer
Korngröße unter 2 μ (Kugeläquivalentdurchmesser), nach der Behandlung enthält der gemahlene Kaolin jedoch
18 Gew.-% Teilchen mit einer Korngröße unter 2 μ (Kugeläquivalentdurchmesser).
B e i s ρ i e 1 2
Ein Mahlbehälter, der jenem von Beispiel 1 ähnlich ist, jedoch einen Innenrührer mit 12 runden Schlagstäben
zum Bewegen des Gemisches aus Kaolin und Mahlkörpern aufweist, wird mit 500 g eines trockenen Kaolins-(Papierstreichmassen-Qualität)
sowie 2000 g eines Sandes beschickt, welcher im wesentlichen aus kugelförmigen Quarzkörnern mit einer Korngröße von 0,5 bis 1 mm besteht. Die Sandteilchen weisen eine Härte von 7
entsprechend der Mohs'schen Härteskala sowie eine Dichte von 2,6 g/ccm auf.
Der Innenrührer wird im Gemisch aus Kaolin und Sand 40 Minuten lang in Bewegung gehalten, wobei vom
Gemisch eine Energie von 55 kWh/Tonne trockener Kaolin aufgenommen wird. Zur selben Zeit wird die
Temperatur des Gemisches bei 82°C oder darunter gehalten, indem Kühlluft in die ringförmige Kammer
eingeblasen wird.
Der Kaolin wird vom Sand abgetrennt, indem das Gemisch in aufwärts strömender Kühlluft fluidisiert wird,
wobei die Teilchen des gemahlenen Kaolins aus der Wirbelschicht herausgespült werd?.n. Anschließend werden
die Teilchen in einem Zyklon von der Luft abgetrennt.
Aus der Tabelle ist die Korngrößenverteilung des Kaolins vor und nach der Behandlung ersichtlich.
35
Anteil der Teilchen Anteil der Teilchen
mit einer Korngröße*) mit einer Korngröße*)
über !0 μ. Gew.-% unter 2 μ. Gew.-%
40
vorder Behandlung 24 24
nach der Behandlung 13 38
*) Kugeläquivalentdurchmesser
Ein Mahlbehälter wird mit 500 g trockenem, zerkleinertem Koks sowie 2000 g des bereits in Beispiel 2
so verwendeten Sandes als Mahlkörper beschickt. Der Mahlbehälter ist entsprechend der Zeichnung aufgebaut,
besteht je<2och aus Messing und weist einen Innendurchmesser von etwa 12,7 cm auf. Der Innenrühre, besteht
aus korrosionsbeständigem Stahl und besitzt vier runde Schlagstäbe zum Rühren des Gemisches, wobei die
Gesamtlänge der Stäbe etwa 12,7 cm beträgt. Der Innenrührer wird mit einer Drehzahl von 1100 U/min
betrieben.
Der Innenrührer wird im Gemisch aus zerkleinertem Koks und Sand 120 Minuten lang in Bewegung gehalten,
wobei vom Gemisch eine Energie von 151 kWh/Tonne Koks aufgenommen wird. Gleichzeitig wird zum Kühlen
des Gemisches auf 1000C oder darunter und auch zur Verringerung der Gefahr einer Verbrennung des feinteiligen
Kokses Kohlendioxidgas in die ringförmige Kammer eingeblasen. Anstelle von Kohlendioxidgas kann man
auch »Trockeneis« verwenden, das man zweckmäßig bis zu einer Korngrenze zerkleinert, welche mit jener des
als Mahlkörper verwendeten Sandes vergleichbar ist Die Trockeneis-Teilchen werden dabei im Verlauf des
Mahlverfahrens kontinuierlich in den Mahlbehälter eingetragen.
Wenn der Mahlvorgang beendet ist, trennt man den gemahlenen Koks vom Sand ab, indem man das Gemisch
in aufwärts strömender Kühlluft fluidisiert Der Koks wird aus der Wirbelschicht herausgespült und anschließend
in einem Zyklon von der Luft abgetrennt
£5
Der Koks besteht ursprünglich zu 75 Gew.-°/o aus Teilchen mit einer Korngröße unter 0,15 mm und zu
Gew.-% aus Teilchen mit einer Korngröße über 53 μ. Nach der Behandlung besteht der gemahlene Koks zu »
Gew.-% aus Teilchen mit einer Korngröße über 53 μ, zu 62 Gew.-% aus Teilchen mit einer Korngröße über |
μ und zu 7 Gew.-% aus Teilchen mit einer Korngröße unter 1 μ. |
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zum trockenen Feinstzerkleinern von Feststoffen in einer hochtourig arbeitenden Mahlvorrichtung
unter Verwendung von Mahlkörpern mit Durchmessern bis zu Millimetergröße, die nach der
Vermahlung vom Mahlgut getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man Mahlkörper mit
einer Korngröße im Bereich von 150 μ bis 635 mm (Kugeläquivalentdurchmesser) in einer Menge von 2 bis 5
Gewichtsteilen je Gewichtsteil zu mahlender Feststoff unter gleichzeitiger Abkühlung des Mahlgemisches
durch direkten Kontakt mit einem Kühlmittel eingesetzt und daß das Vermählen durch die Einwirkung von
an einer Welle angeordneten Schlagstäben, gezahnten Scheiben oder einem mit Schlitzen versehenen Käfig
ίο erfolgt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man für die direkte Kühlung während des
Mahlvorganges Wasser und/oder ein Gas, zerkleinertes festes Kohlendioxid oder zerkleinertes Eis verwendet
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mar Kühlwasser in einer Menge von
0,5 bis 5 ml je kg zu mahlender Feststoff je Minute durch die Mahlvorrichtung leitet
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß man Mahlkörper mit einer Korngröße im
Bereich von 500 μ bis 3,175 mm anwendet
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß man das Mahlgut mittels Windsichtung
im fluidisierten Zustand von den Mahlkörpern abtrennt und das Mahlgut vorzugsweise mittels eines Zyklons
sammelt
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß man das fluidisierende Gas mit einer Geschwindigkeit
von 10 bis 100 cm/sec über eine perforierte Bodenplatte zuspeist, die Öffnungen mit Durchmessern
von 50 bis 500 μ aufweist
7. Mahlvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit schnell laufendem Innenrührer,
gekennzeichnet durch Ausgestaltung des Innenrührers (2) als Welle (3) mit darauf angeordneten Schlagstäben
(5), gezahnten Scheiben oder einem mit Schlitzen versehenen Käfig sowie durch eine Einrichtung (12,13,
14) zur Einspeisung von Kühlmittel in die Mahlkammer.
8. Mahlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einspeisung von
Kühlmittel in die Mahfkammer als eine die Mahlkammer umgebende ringförmige Kammer (12) ausgestaltet
ist die über öffnungen (13) mit der Mahlkammer in Verbindung steht
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