DE2023995C2 - Verfahren zum trocknen Feinstzerkleinern von Feststoffen und Mahlvorrichtung zu dessen Durchführung - Google Patents

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.

Beispiel 1

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.

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Tabelle

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

Beispiel 3

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)

Patentansprüche:

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