DE2708053C3

DE2708053C3 - Verfahren zur Fein- und Feinstzerkleinerung von Materialien spröden Stoffverhaltens

Info

Publication number: DE2708053C3
Application number: DE2708053A
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof. Dr.-Ing. 7500 Karlsruhe Schoenert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-02-24
Filing date: 1977-02-24
Publication date: 1986-05-07
Also published as: NL188454B; ES467904A1; DK81778A; DK153776B; SE7802112L; US4357287A; ATA131378A; MX144684A; BE864262A; AT376586B; FR2381569A1; NL188454C; DK153776C; NL7802051A; MX144681A; SE438793B; FR2381569B1; GB1569521A; IT7820488A0; BR7801115A

Description

durchzuführen, daß eine trockne Schüttung von Mahlgutpartikeln in eine elastische Hülle hermetisch eingeschlossen wird und diese in einem Hochdruckbehälter einer zyklischen Beanspruchung durch hydrostatischen Druck mit otwa dem i,l- bis l,3fachen der Bruchfestigkeit der Mahlgutpartikeln so lange zu unterwerfen, bis sich Aggregate der Bruchstücke gebildet haben. Anschließend wird die Hülle entleert und das bis zum Aggregatzustand zerkleinerte Produkt in bekannter Weise in einer zweiten Stufe nach Zugabe von Wasser in einer Naßschwingmühle bis auf Endreinheit weitergemahlen (SU-FS 4 90 498). Dieses Verfahren ist kommerziell nicht anwendbar, und zwar einerseits aus Gründen der Prozeßführung, denn das Einfüllen und Ausleeren der Hülle ist schwierig und bedingt eine diskontinuierliche Betriebsweise, die nur kleine Mengendurchsätze ertaubt, und andererseits wegen des hohen Energiebedarfs, der durch die häufig zu wiederholende Beanspruchung und durch die Dämpfung in der Hülle und in der Schüttung der Mahlgutpartikeln entsteht.

Es wird deshalb heuie i. a. versucht, bei der Fein- und Feinstzerkleinerung die Agglomeration durch spezielle Maßnahmen zu verhindern oder wenn dies nicht möglich ist, die Größe von Agglomeraten und deren Anteil klein zu halten bzw. Agglomerate möglichst gleich nach ihrer Entstehung wieder aufzulösen. Dies wird mit folgenden Maßnahmen versucht:

- Das Dispergieren der Partikeln und der Bruchstücke in einem gasförmigen Medium in Prall- und Strahlmühlen oder in einem flüssigen Medium in Naßmühlen.

- Das Überlagern einer Scherbeanspruchung; eine derartige kombinierte Druck-Scherbeanspruchung findet in Kugel-, Schwing-, Rührwerkskugel-, Wälz- und Scheibenmühlen statt.

- Die Reduzierung der Mahlgutmenge, die bei einem Beanspruchungsvorgang erfaßt wird, weil die Agglomeratbildung um so ausgeprägter ist, je größer die Zahl der Partikeln, die bei einer Beanspruchung beieinander liegen. In Kugel-, Schwing-, und Rührwerksmühlen realisiert man dies, indem möglichst kleine Mahlkörper eingesetzt werden, wodurch die zwischen zwei Mahlkörpern gepreßte Mahlgutmenge reduziert wird.

- Die Reduzierung der Beanspruchungsintensität, damit bei einer Beanspruchung weniger Bruchstücke entstehen und diese mit geringerer Kraft belastet werden. Dies erfordert allerdings eine Erhöhung der Anzahl der Beanspruchungen, um schließlich zur gleichen Produktfeinheit zu gelangen. In Kugel-, Schwing- und Rührwerkskugeimühlen strebt man dies durch den Einsatz von kleinen Mahlkörpern an.

- Die Entfernung des Feingutes möglichst gleich nach dessen Entstehung, damit es bei nachfolgenden Beanspruchungen das Agglomerieren nicht fördert. Dies erfolgt insbesondere bei Strahl-, Prall- und Wälzmühlen.

- Die Zerstörung entstandener Agglomerate durch nachfolgende Beanspruchungen in der gleichen Mühle beim Mahlfortschritt. Dies geschieht in den meisten der obengenannten Mühlen. Bei zweistufigen Zerkleinerungsvcrfahrcn können die in der ersten Zerkleinerungsstufe entstehenden Agglomerate bei der weiteren Zerkleinerung der Mahlgutpartikeln auf die erwünschte Endicinhcit in der zweiten Zerkleinerungsstufe mit zerkleinert werden.
- Die Zugabe von Flüssigkeiten oder Dämpfen, die adsorbiert au den Bruchstücken die Haftkräfte reduzieren und somit die Agglomeratbilüung er-'· schweren. Solche als Mahlhilfsmittel bezeichneten Reagenzien verwendet man insbesondere bei der Feinstmahlung in Kugelmühlen.
Die Fein- und Feinstmahlung benötigt einen erheblichen Energieaufwand, z. B. erfordert allein die ι« Mahlung bei der Herstellung eines Normal-Portland-Zementes PZ 275 25-35 kWh/t; dabei wird eine Oberfläche je Masseneinheit zwischen 2500-3000 cnr/g erzeugt. Die Werte für die Energieausnutzung, d. h. des Quotienten aus Oberflächenzui« nähme und Energieaufwand, variieren zwischen 80 und 150 cmVkWh. Zur Erzeugung eines Produktes mit allen Partikeln kleiner als 10 um sind je nach Stoff und Mühlentyp fünfzig bis mehrere hundert kWh/t aufzuwenden. Der größte Teil der einer Mühle zuge- ·» führten Energie ist Verlust und wird nicht für das Zerkleinern der Partikeln bzw. für «Ue Bruchfläehenci Zeugung gebraucht. Nach ausiVhrlichen Untersuchungen mit Beanspruchungen von einzelnen Partikeln benötigt man für die Erzeugung neuer Bruchflä- >■> chen weniger als die Hälfte. Die Verluste sind durch ineffektive Beanspruchungs- und Transportvorgänge und durch Lager- und Getriebereibung sowie bei Prall- und Strahlmühlen zusätzlich durch die Beschleunigung sowie durch innere und äußere Reibung m des Strömungsmittels bedingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die Fein- und Feinstzerkleinerung spröder Materialien mit vergleichsweise niedrigerem Energiebedarf und geringem maschinel- !'■ len Aufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit einem Verfahren gelöst, das mit vorteilhaften Ausgestaltungen in den Ansprüchen I bis 14 gekennzeichnet ist. Das Verfahren umfaßt folgende Verfahrensschritte. κ 1. Das determinierte Beanspruchen einer Schüttung von Mahlgutpartikeirt zwischen zwei Flächen mit solch großer Energie, daß eine starke Zerkleinerung ohne Rücksicht darauf erfolgt, daß dabei das Mahlgut agglomeriert. Im allger, meinen soll diese erste Beanspruchung bis zur

Brikettierung geführt werden, um die gewünschte Feinheit zu erzielen, insbesondere bei der Feinstzerkleinerung. Die erforderliche Energie wird der Schüttung in der ersten Stufe x. in einem Beanspruchungsvorgang durch Pressung zugeführt. Das durch die Pressung beanspruchte Mahlgut bzw. die entstandenen Agglomerate müssen durch mechanisches Einwirken mit entsprechenden Werkzeugen zunächst auf- v, gelockert werden, wenn sie anschließend nochmals durch Pressung beansprucht werden sollen. Die Schüttung, die trocken oder mit einer Flüssigkeit erfüllt sei;i kann, wird den beanspruchten Flächen der Zerkleinerungswerkzeuge durch eibo nen determinierten Transport zugeführt.

2. Zerstören des in der ersten Stufe bzw. im ersten Verfahrensschritt erzeugten Agglomerates bzw. Briketts in einem nachgeschalie'en Gerät durch eine weitere mechanische Beanspruchung. Die-

t,5 ser Vorgang kann gegebenenfalls durch Zusetzen einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, unterstützt werden.

3. Gegebenenfalls Klassieren des Produktes mittels

eines Siebes, eines Windsichters oder Hydrozyklons und Rückführung des Grobgutes zur Beanspruchung, falls die gewünschte Zerkleinerung noch nicht erreicht wurde.

Die Charakterisierung des Beanspruchens und Transportierens als determiniert soll deutlich machen, daß beides durch die Verfahrensführung bzw. die Betriebseinstellung festgelegt wird und nicht etwa die Menge des beanspruchten Materials oder die Beanspruchungsenergie stochastisch verschiedene Werte annehmen kann, wie es z. B. in einer Kugelmühle geschieht.

Durch die außerordentlich hohe einmalige Druckbeanspruchung in der ersten Stufe werden nahezu alle Mahlgutteilchen bereits auf hohe Feinheit, d. h. im allgemeinen Endfeinheit, zerkleinert. Das macht in der zweiten Stufe nur eine Agglomeratauflösung bei mäßigem Beanspruchungsniveau erforderlich, so daß der Energieaufwand dort sehr gering ist. Eine echte Fein- oder Feinstzerkieinerung mit entsprechend hoher Beanspruchungsintensität erfolgt hierbei nicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren steht im Gegensatz zur allgemeinen Lehre, daß die Agglomeratbildung bei einer einstufigen Fein- und Feinstzerkleinerung auf Endfeinheit möglichst zu verhindern sei. Die Agglomeration bzw. das Brikettieren wird vielmehr bewußt angestrebt oder in Kauf genommen, um eine möglichst große Zerstörung bzw. Beschädigung der Partikeln in der Schüttung bzw. im Gutbett zu bewirken. Dazu sind je nach Gut und Feinheit Pressungen zwischen 50 und 500 MPa anzuwenden. Derartige große Belastungen wurden beim Zerkleinern bisher tunlichst vermieden. Vielmehr hat man, wie Nachrechnungen ergaben, die Belastungen von Partikelschüttungen weit unter 20 MPa gehalten. Bei solch kleinen Belastungen bleibt der Zerkleinerungsgrad gering, weswegen die reichliche Menge des ungebrochene:? Gutes vielen weiterer· Scaris^ruchurtKcn susgesetzt werden muß, um die geforderte Feinheit zu erreichen.

Die Problematik sei an Hand der Fig. 1 dargestellt, die das Belastungsdiagramm der Beanspruchung einer Schüttung von 1-mm-Zementpartikeln zeigt. Auf der Abszisse ist der Preßweg und auf der Ordinal«- die Pressung der Schüttung aufgetragen. Bis zu einer Pressung von etwa 20 MPa steigt die Kraft mit wachsendem Preßweg nur schwach an (Kurventeil A). Nach einem kurzen Übergangsbereich (Kurventeil B) steilt sich die Kurve auf, und ein großer Preßdruckzuwachs ist notwendig, um eine weitere Verdichtung zu erzwingen (Kurventeil Q. Erst nach dem Übergangsbereich beginnt das Brikettieren, der steile Kraftanstieg des Kurventeils C ist typisch dafür. In Zerkleinerungsmaschinen werden die Pressungen bisher so gewählt, daß der Belastungsvorgang entsprechend Kurventeil A und in Ausnahmefällen bis in den Kurventeil B hinein geschieht.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht jedoch darauf, eine Belastung anzuwenden, die dem Kurventeil C entspricht. Realisiert man dieses Verfahren z. B. in einer Zerkleinerungsmaschine, bei der eine Schüttung von Mahlgutpartikeln zwischen zwei mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit gegensinnig laufenden Walzen mit einem Durchmesser von 100 cm beansprucht wird, s. Fig. 2, dann cind Preßkräfte F von mehr als 2000 kN pro Meter Walzenlänge notwendig, um den erfirsdungsgemäßen Beanspruchungszustand zu erreichen. Bei Walzenmühlen üblicher Bauart für

die Grob- und Mittelzerkleinerung betragen die Kräfte weniger als ein Zehntel dieses Wertes.

Zur Mittel- und Feinstzerkieinerung spröder jedoch nicht zu harter Materialien (z. B. Kohle, Rohmaterial zur Zementherstellung) benutzt man häufig Wälzmühlen, bei denen ein Bett aus Mahlgutpartikeln zwischen kugel- oder rollenförmigen Wiilzkörpern und einer gewölbten oder ebenen Mahlbahn - realisiert z. U. in der l.oesche-Mühle, s. Fig. 3 - mehrfach beansprucht wird (Gutbctt-Walzenmühle). Walzmühlen mit einem rollenförmigen Wälzkörper, der sich auf einer ebenen Mahlbahn abwälzt, und insbesondere Walzmühlen mit zwei gegenseitig angetriebenen, gegeneinander gepreßten Walzen, lassen am besten die Gutbcttzerkleinerung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zu. Bei allen bekannten Loesche-Mühlen wählt man Anpreßkräfte von ca. 300 bis 700 kN pro Meter Walzenlänge, also Werte, die wesentlich kleiner als die oben genannten 20Ö0 kN pro Meter Walzenlänge sind.

Anpreßkraft F, Walzendurchmesser D, Walzenlänge L und maximaler Preßdruck p_m, der im engsten Teil des Spaltes auf die Schüttung bzw. das Gutbett wirkt, s. Fig. 4, sind miteinander entsprechend der Formel

F/LD = k<x_op„,

verknüpft, mit a_o, s. Fig. 4, jenem Winkel, bei dem die Beanspruchung beginnt, und k einer vom Gutverhalten abhängigen Konstanten, deren Wert i. a. etwa 0,2 beträgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert, daß der Preßdruck so groß gewählt wird, daß eine deutliche Agglomerat- oder Brikettbildung eintritt. Dazu muß i. a. p_m auf über 50 MPa gesteigert werden. Die Walzenanpreßkraft pro Meter Walzenlänge (F/L) ergibt sich dann nach obiger Gleichung proportional zum Walzersdiirchrnesscr D und dem festgelegten Winkel a_g. Für den angegebenen Wert von FIL = 2000 kN/m und für Z) = 100 cm, a_o = 0,1 (das entspricht ca. 6 Grad), und k = 0,2 wird p_m = 100 MPa.

Versuche haben gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren bedeutende Energieeinsparungen zuläßt. Für die Erzeugung eines Normal-Portland-Zements PZ 275 benötigt man für die Zerkleinerung nur 10 bis 20 kWh/t anstelle 25 bis 35 kWh/t. Das neue Verfahren kann auf einer in Fig. 5a dargestellten Anlage realisiert werden, die aus einer hier als Gutbett-Walzenmühle GWM genannten Mühle 16 z. B. einer Walzenmühle mit zwei gegenläufig angetriebenen Walzen, wie sie die Fig. 2 und 6 zeigen, einer Kugelmühle KM 17 und einem Windsichter KI. 18 mit einer Trenngrenze Xt bei 60 μπι besteht. Der Gutbett-Wal/enmühle 16 führt man das vorzerkleinerte Gut, dessen Partikeln X₁ alle kleiner als Z5 mm sind, mit einem Massenstrom (Aufgaberate) M und das rückgeführtc Grobgut vom Windsichter Kl. 18 mit einem Massenstrom M_$ zu. Die Beanspruchung zwischen den Walzen bewirkt die Zerkleinerung und Brikettierung. Es entstehen Preßlinge in Form von Raden, die in der nachgeschalteten Kugelmühle KM 17 desagglomeriert werden. Das Kugelmühlenprodukt enthält ca. 40% kleiner als 60 (im. Der Windsichter Kl. 18 scheidet den Hauptteil davon als Feingut ab, es verläßt den Mühlen-KIassier-Kreislauf mit dem Massenstrom M. Das rückgeführte Grobgut wird mit dem vorzerkleinerten Gut gemischt und wieder der Gutbett-Walzenmühle 16 zugeführt. Es sei ρ jener Massenstromanteil

vom Gesamtmassenstrom durch die Mühlen M*. der durch den Sichter ins Feingut gelangt, und M die Produklionsrate der Anlage, so gilt M = p'M*. der rückgefiihrte Grobgdtslrom beträgt (1— p) M*. Bei einer bdspielsweisen Produktionsrate von M = 100 t/h und einem Feingutanteil ρ = 33% hat der Grobgutstrom eine Größe von 200 t/h und durch die Mühlen und .*;n Windsichter fließen 300 t/h. Der Energiebedarf der Gutbett-Walzenmühle 16 beträgt 3,1 kWh/t und jener Kugelmühle 17, 1,4 kWh/t, die Summe von beiden ergibt 4,5 kWh/t. Die spezifische Zerkleinerungsarbeit der Anlage bezogen auf das Fertigprodukt berechnet sich zu ca. 13,6 kWh/t. Legt man ferner einen Anteil der Motor-, Getriebe- und Maschinenverluste von 20% der Bruttoenergie zugrunde, so folgt ein spezifischer Energieverbrauch von ca. 17 kWh/t. Die Fig. 5b zeigt eine Anlage mit zwei Gutbett-Walzenmühlen GWM 119 und GWM 2 20, einer Kugelmühle 21 und ?wc\ Klassierer Kl. 1 22 und Kl. 2 23. Die Aufteilung der Gutbettbeanspruchung in zwei Stufen bringt einen verfahrenstechnischen Vorteil, der gegebenenfalls auch gesamtökonomisch günstig ist. Die Feinstzerkleinerung von Kalkstein auf 100% kleiner als 10 μηι erfordert nach dem neuen Verfahren nur ca. 10 kWh/t. Für jede Zerkleinerungsaufgabe findet man optimale Betriebszustände. Die Zementzerkleinerung erfolgt in der Regel am wirtschaftlichsten bei Pressung der Schüttung zwischen 150 und 250 MPa.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht weiterhin vor daß die aufgegebene Schüttung mit einer Flüssigkeit getränkt sein kann, wobei es sich um Wasser, wie z. B. bei der Aufbereitung von Erzen und Mineralien, oder auch um eine nichtwäßrige Flüssigkeit, wie sie in der chemischen Industrie oder in der Lebensmittelindustrie bei Zerkleinerungs- und Dispergierverfahrcn vorkommen, angewandt wird, handeln kann. Die Naßzerkleinerung in Mühlen mit losen Mahikörpern (z. B. Kugelmühlen, Rührwerksmühlen) oder in Scheibenmühlen ist ein bekanntes Verfahren und findet bevorzugt dann Anwendung, wenn das Mahlgut naß vorliegt oder naß weiterverarbeitet wird und wenn es sich um eine Feinstzerklcinerung handelt, bei der Partikeln erzeugt werden sollen, die kleiner als einige Mikron sind. Die Flüssigkeit verhindert einerseits das Agglomerieren der Bruchstücke, erschwert andererseits die Beanspruchung der Partikeln, da diese im gewissen Maße der Flüssigkeit folgen, die beim Nähern der Mahlkörper aus der Beanspruchungszone herausströmt. In Fig. 6 ist dies für den Fall, daß die Mahlkörper Kugeln sind, schematisch dargestellt.

Beim erfindungsgemäßen Naßverfahren tritt der oben dargestellte nachteilige Effekt nicht auf, die beanspruchten Partikeln können der ausfließenden Strömung nicht folgen und der Beanspruchung nicht entkommen, da sie von den Kontaktkräften festgehalten werden. Die Zugabe einer Flüssigkeit zeitigt zwei Folgen:

a) Die innere und äußere Reibung der Schüttung wird reduziert, wodurch bei gleichem Wert der Endpressung die Preßarbeit geringer ist. Der Zerkleinerungsgrad bleibt, wie Versuche überraschend ergaben, gleich oder vergrößert sich sogar. Zum Beispiel erfordert die Beanspruchung von Kalksteinpartikeln einer Körnung zwischen 100 μηι und 160 μπι bis zu einem Rächendruck von 100 MPa bei trockener Schüttung 1,7 kWh/t und bei nasser Schüttung 1,4 kWh/t. Der Anteil an Teilchen unter 10 μπι beträgt bei trockener Schüttung 20% und bei nasser Schüttung 30%. b) Die Flüssigkeit reduziert die Festigkeit der Agglomerate oder Briketts, so daß deren Zerstö-' > rung weniger Energie erfordert.

Beim Naßverfahren kann die Desagglomeration durch zwei weitere Maßnahmen erleichtert werden:

1. Die Flüssigkeit wird vor und während der Beaniii spruchung unter einem hydrostatischen Druck

gesetzt, der am Ende des Anspruchszyklus möglichst schlagartig reduziert werden sollte. Der Druck bewirkt ein verstärktes Eindringen der Flüssigkeit in die Bruchspalte, so daß dort die

r> Haftkräfte reduziert werden. Die schlagartige

Druckentlastung verursacht eine Lockerung des Agglomerates infolge des dabei entstehenden Innendrucks, denn wegen der engen Kapillaren im Agglomerat reduziert sich der Druck in des-

-'Ii sen Inneren wesentlich langsamer als außen.

Fig. 7 zeigt das Schema einer möglichen Vorrichtung zur Verwirklichung der Zerkleinerungsund Brikettierstufe dieser Ausführungsform des neuen Zerkleinerungsverfahrens mit schlagarti-

.»") ger Druckreduzierung am Ende der ersten Stufe.

Die dargestellte Stempelpresse besitzt einen Druckraum 1, der gegenüber der äußeren Atmosphäre durch Wände 2 und 3, einen Balg 4, eine Preßbüchse 5 und einen Unterstempel 6

in abgeschlossen ist. Das Mahlgut samt Flüssigkeit

wird über einen Einlauf 7 aufgegeben und gelangt über eine magnetisch betätigte Schleuse 8 und einen Kanal 9 in den Druckraum 1. Wenn ein Oberstempel 10 zurückzogen ist, wird ein

)i Preßraum 11 gefüllt. Der Unterstempel 6 wird

derweilen gegen die Preßbüchse 5 gepreßt. Die Druckaufladung der Flüssigkeit erfolgt mit Druckluft über eine in den Druckraurn 1 mündende Druckleitung 12 mit einem Magnetventil

4Ii 13. Der Oberstempel 10 beansprucht die Schüttung, die verdrängte Flüssigkeit kann über axial** Umfangsnuten 14 der Preßbüchse ausfließen. Nach Entlastung des Oberstempels 10 öffnet ein Magnetventil 15 in einem Abzweig der Druck-

4*> leitung 12 und reduziert schlagartig den Druck.

Der Unterstempel 6 fährt nach unten, der Oberstempel 10 drückt, falls notwendig, das Mahlgut aus der konisch geformten Preßbüchse 5. Der Unterstempel 6 wird dann wieder

v> gegen die Preßbüchse 5 gepreßt und der Oberstempel 10 zurückgezogen, damit der Preßraum mit neuem Material gefüllt werden kann.

2. Die zweite Maßnahme besteht darin, die Flüssigkeit zusätzlich mit einem gut löslichen Gas, z. B.

v> CO₂, aufzuladen. Bei schlagartiger Druckreduzierung wird das Gas teilweise freigesetzt und damit der Innendruck in den Bruchspalten erhöht.

Ein weiteres Hilfsmittel, die Desagglomeration zu M) erleichtern, ergibt sich durch die Zugabe agglomerationshemmender Flüssigkeit wie z. B. Äthylenglykol. Da die Wirkung davon abhängt, daß der Dampf vor der Agglomeration an die frisch entstandenen Bruchflächen kommt, ist bei dem erfindungsgemäßen Ver-(,■> fahren vorgesehen, den Gasdruck entweder zu erhöhen oder unterhalb des Dampfdruckes der agglomerationshemmenden Flüssigkeit zu erniedrigen. Im ersteren Fall strömt das Gas schneller als bei Normal-

druck in die Bruchspalte und führt den wirksamen Dampf mit sich, dessen Moleküle durch Diffusion an die Bruchflächen gelangen. Bei einem Gasdruck unter dem Dampfdruck der agglomerationshemmenden Flüssigkeit stören die Gasmoleküle den Transport des Dampfes in weiter geringem Maße, so daß dessen Moleküle schneller an die Bruchfläche gelangen als bei normalem Gasdruck. Eine für diese Verfahrensvarianten mögliche Vorrichtung ähnelt jener in Fig. 7

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dargestellten.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der angegebenen Ausgestaltungen eignen sich grundsätzlich bekannte Pressen, wie Walzenpres- -, sen, Schneckenpressen, Slempelpressen oder dergleichen, wobei diese jedoch den Erfordernissen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzupassen sind. Die Zerstörung der Agglomerate bzw. der Briketts kann in üblichen Kugel- oder PraHmühlen erfolgen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen ·

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Fein- und Feinstzerkleinerung spröder Materialien, bei dem in einer ersten Stufe das Mahlgut in einer Schüttung durch Druckbeanspruchung gebrochen wird und agglomeriert und dann in einer zweiten Stufe die Agglomerate d^:ch eine weitere mechanische Beanspruchung zerstört werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeanspruchung in der ersten Stufe durch einmalige Pressung zwischen zwei Flächen mit über 50 MPa Druck erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Beanspruchung als Prallbeanspruchung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Beanspruchung als kombinierte Druck-Scher-Beanspruchung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Beanspruchung in einer Kugelmühle erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche ! bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate in einer Flüssigkeit getränkt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlgutpartikeln teilweise, ganz oder mit Überschuß mit einer Flüssigkeit getränkt in der ersten Stufe beansprucht werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlgutpartikeln vor und/ oder während der Beanspruchung in der ersten Stufe dem Dampf einer agglomerationshemmenden Flüssigkeit ausgesetzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beanspruchung in der ersten Stufe in einem Druckraum erfolgt und die Flüssigkeit bzw. der Dampf auf Überdruck vorgespannt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beanspruchung in der ersten Stufe in einem Druckraum erfolgt, in dem der Gasdruck kleiner als eine Atmosphäre bzw. kleiner als der Partialdruck des agglomerationshemmenden Dampfes ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit zunächst mit einem löslichen Gas aufgeladen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck nach einer Beanspruchung schlagartig reduziert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 {, dadurch gekennzeichnet, daß das in der ersten Stufe durch Pressung beanspruchte Mahlgut durch mechanische Kräfte aufgelockert und anschließend nochmals durch Pressung beansprucht wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beanspruchung in der ersten Stufe in einer Wälzmühle erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Beanspruchung in der ersten Stufe in einer Walzenmühle mit gegenläufig angetriebenen zylindrischen Walzen erfolgt.

Ein Stoffverhalten wird als spröd bezeichnet, wenn sich der Festkörper vor Bruchbeginn überwiegend elastisch verformt. Typische spröde Materialien sind Glas, Quarz, Erze, Kohlen, Zementklinker und Kalkstein. Mahlgutpartikeln lassen sich bei sprödem Stoffverhalten durch eine einmalige Druck- bzw. Prallbeanspruchung zerstören, wenn nur die Beanspruchungsintensität genügend hoch gewählt wird. Das gegensätzliche inelastische Stoffverhalten ist durch ausgeprägte inelastische Verformungen vor Bruchbeginn erkennbar, inelastische Partikeln müssen zur Zerstörung L a. wiederholt und möglichst an Schneiden beansprucht werden. Thermoplastische Polymere (z. B. Polyäthylen, Polyamid), organische Chemikalien und plastische Metalle gehören zu den inelastischen Materialien.

Die Bezeichnungen Fein- und Feinstzerkleinerung charakterisiert die Feinheit des Produkts, insbesondere die obere Grenze dessen Partikelgrößenbereichs. Bei einer Feinzerkleinerung liegt diese zwischen 50 um und 1000 μΐη, bei einer Feinstzerkleinerung zwischen 2 um und 50 Jim. Zur Fein- und Feinstzerkleinening von spröden Materialien werden Kugel-, Schwing-, Wälz-, Rührwerks-, Scheiben-, Prall-, Strahlmühlen und ähnliche andere Mühlentypen eingesetzt. Die Auswahl der jeweils günstigsten Mühlen richtet sich hauptsächlich nach der Härte des Mahlgutes, der gewünschten Feinheit, dem Mengendurchsatz sowie nach der Fragt.-, ob naß oder trocken gemahlen werden muß oder kann. Generell gelten die Tendenzen, daß bei Härten größer als 4 Mohs Prallmühlen wegen zu großen Verschleißes nicht eingesetzt werden können, daß mit zunehmender Feinheit die Naßmahlung der Trockenmahlung vorzuziehen ist, da im Naßsystem Bruchstücke kaum agglomerieren und daß sich für harte Materialien und/oder große Durchsätze von über 10 t/h insbesondere Kugelmühlen eignen.

Als eine generelle Schwierigkeit der Fein- und Feinstzerkleinerung erweist sich das Agglomerieren der Bruchstücke. Die Agglomerationsneigung wächst mit Abnahme der Partikelgröße aus zwei Gründen:

Erstens erhöht sich mit Abnahme der Partikelgröße die Festigkeit, weshalb größere flächenbezogene Kräfte zur Zerstörung aufzubringen sind. Die großen Kräfte wirken im allgemeinen auch nach der Zerkleinerung auf die entstandenen und zumeist beieinander liegenden Bruchstücke. An den Kontaktstellen verformen sich die Partikel bleibend; es entstehen größere Kontaktbereiche mit der Folge, daß sich die Haftung verstärkt; die Bruchstücke agglomerieren.

Zweitens verhalien sich Haftkräfte direkt proportional zur Partikelgröße, hingegen die Massenkräfte proportional zur dritten Potenz der Partikelgröße. Unterhalb einer bestimmten Partikelgröße übersteigen die ersteren die zweiten. Die Massenkräfte vermögen die Agglomerate nicht mehr zu zerstören.

Zwei- oder mehrstufige Mahlverfahren werden schon immer angewandt, insbesondere dann, wenn ein großer Zerkleinerungsgrad oder/und große Feinheiten erzielt werden sollen. Dabei versucht man, die Beanspruchungsbedingungen in jeder der Zerkleinerungsmaschinen der Größe der zu zerkleinernden Mahlgutpartikeln anzupassen, um den Energiebedarf des gesamten Zerkleinerungsprozesses zu reduzieren.

Man hat auch schon für zweistufige Mahlverfahren vorgeschlagen, die erste Stufe der Zerkleinerung, die sonst üblicherweise in einer Kugelmühle erfolgte, so