DE2827924B2 - Verfahren zur Aufbereitung flotierbarer Mineralien und Erze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches I.

Zahlreiche mineralische Rohstoffe bedürfen im Verlaufe ihrer Aufbereitung einer wirksamen Anreicherung, um wirtschaftlich weiter verarbeitet werden zu können. Ein Anreicherungsverfahren ist die Flotation, bei der unterschiedliche Hydrophobie bzw. Hydrophilie der Kornoberflächen dazu ausgenützt werden, Mineralteilchen entweder an aufsteigende Luftblasen zu binden und sie von diesen in ein aufschwimmendes Schaumbett transportieren zu lassen, oder sie in benutzt-submersem Zustand zu belassen und schließlich als Sinkgut abzuziehen. Eine wirksame Flotation setzt neben entsprechender Präparation der Kornoberflächen durch Chemikalienzusätze zuallererst voraus, daß die Mineralkomponenten, Erz und Gangart, durch ausreichende Zerkleinerung voneinander getrennt wurden.

Die Zerkleinerung muß demnach weiter reichen als den Größen der im Roherz bzw. Rohgestein enthaltenen Mineralkomponenten, d. i. dem Verwachsungsgrad entspricht.

Die üblicherweise angewandten Zerkleinerungsverfahren bewirken ausschließlich eine Reduktion der Korngrößen, und die dabei in die Materie eingeführte Energie ist auf jene der zusätzlich geschaffenen Oberfläche beschränkt, also auf vermehrtes Adsorptionsvermögen. Es sind allerdings auch Zerkleinerungsverfahren bekannt geworden, die zusätzlich zur Korngrößenreduktion eine sogenannte mechanochemische Aktivierung der zerkleinerten Substanz bewirken, also auch andere als reine Oberflächenenergien einbringen. So beschreibt die DD-PS 53 973 die Verbesserung des Aufbringens auslaugbarer Komponenten durch geeignete Chemikalien mittels Vermahlung in Schwingmühlen im Zuge des Laugungsvorganges. Die Anwendung solcher Verfahren im Zusammenhang mit der Anreicherung von Erzen und Mineralien durch Flotation ist jedoch nicht bekannt geworden, und es war — auch wegen der noch immer nicht geklärten theoretischen Grundlage der beobachteten Erscheinungen — auch keineswegs zu erwarten, daß im Zusammenhang mit den sehr speziellen Anforderungen dieser Aufbereitungsprozesse damit besondere Vorteile erzielbar sein würden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Feinzerkleinerung in dem Aufbereitungsprozeß zu verbessern, so daß nachfolgende Verfahrensvorgänge, wie bspw. das Flotations- und Verhüttungsverfahren, ausbeutemäSig mit höherem Wirkungsgrad arbeiten.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Es hat sich gezeigt, daß durch eine »aktivierende«

ίο Zerkleinerung der im Anspruch 1 angegebenen Art erreicht werden kann, daß den Mineralkomponenten zusätzliche, andere Eigenschaften anhaften als nach einer konventionellen Zerkleinerung, Eigenschaften, welche weitere Verarbeitungsvorgänge zumindest aus-

f> beutemäßig günstig zu beeinflussen in der Lage sind. So konnte nachgewiesen werden, daß erfindungsgemäß zerkleinerte Kupfererze zum einen während der Flotation ein pro Verfahrensstufe höheres Ausbringen zeigten und zum andern im nachfolgenden metallurgisehen Prozeß in weit geringerem Maße Kupfer in die Schlacke gelangen ließen als dies mit konventionell vermahlenem Erz bzw. Konzentrat der Fall war. Der Vorteil ist somit ein doppelter, denn sowohl das Flotationsverfahren als auch das Verhüttungsverfahren

4^r> arbeiten mit höherem Wirkungsgrad, so daß zusätzliche Verfahrensstufen eingespart werden können.

Gleiche Ergebnisse, allerdings mit von Erz zu Erz bzw. von Mineral zu Mineral verschiedenen Ausbeuteunterschieden, können auch mit anderen Erzen oder

>(i Mineralien erzielt werden.

Insgesamt kann nach mechanochemisch aktivierender Zerkleinerung sowohl eine Verbesserung der Flotation in Form gesteigerter Selektivität und/oder gesteigerter Ausbringung als auch eine Verbesserung der Verhüttungseigenschaften bzw. der chemischen Aufschließung erwartet werden. Darüberhinaus zeigte sich eine weitere, insbesondere für die Aufbereitung von Komplexerzen wertvolle Erscheinung: In deutlich stärkerem Ausmaß als durch andere Zerkleinerungsverfahren führt mechanochemisch aktivierende Zerkleinerung zur Auflösung des Korngefüges insbesondere an den Korngrenzen, was in weiterer Folge eine vollständigere Trennung der einzelnen Erzkomponenten ermöglicht. Natürlich können auch Fälle eintreten, in welchen

b5 eine mechanochemische Aktivierung vor der Flotation nicht möglich erscheint, z. 13. wenn eine Flotation b/w. eine andersartige Anreicherung, wie beispielsweise eine Herdwäsche, eine Schwerflüssigkeitsscheidung, eine

magnetische oder elektrostatische Scheidung, schon durchgeführt wurde und das fertige Konzentrat zur Verhüttung bzw. Aufschließung gelangt; dies gilt auch, wenn Vorreinigungen erforderlich werden sollten, in deren Verlauf zur mechanochemischen Aktivierung eine Entwässerung des vorgewaschenen Rohmaterials notwendig wäre, aber aus Platz- oder K.ostengründen nicht durchgeführt wird. In derartigen Fällen wird auf den Vorteil der mechanochemischen Aktivierung für den Flotationsvorgang verzichtet werden müssen und ausschließlich der Vorteil für die Verhüttung bzw. den Aufschluß genützt werden können.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Maßnahmen der Unteransprüche 2 bis 5.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen die

Fig. 1 bis 4 verschiedene Ausführungsarten der Von ichtung in sehr vereinfachter Darstellung,

F i g. 5 und 6 eine Stiftmühle besondere." Art im Schnitt bzw. in Seitenansicht.

Geeignete Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der aktivierenden Zerkleinerung sind aus an sich bekannten Apparaten aufgebaut und enthalten sowohl hinsichtlich dieser Apparate als auch ihrer Anordnung im wesentlichen keine neuartigen Elemente. Die Fig. 1—4 sind für solche Anordnungen beispielhaft, wenn sie auch nicht die einzigen Möglichkeiten dafür darstellen.

Fig. 1 zeigt das Beispiel einer Vermahlung in einer iu Stangenmühle 1, deren Mahlgut unmittelbar einer Stiftmühle 10 mit der Fähigkeit zur mechanochemischen Aktivierung aufgegeben wird. Aus dieser Stiftmühle 10 gelangt das auf gewünschte Endfeinheit weiter zerkleinerte Gut direkt in eine Konditionierung 11, von wo aus s^r> es einer Flotation zugeleitet wird.

F i g. 2 gibt das Beispiel einer zweistufigen Zerkleinerung, davon die zweite mit der Fähigkeit zur mechanochemischen Aktivierung, und zwischengeschalteter Wäsche, z. B. zum Entfernen von toniger Substanz. Wiederum ist eine Stangenmühle 1 vorgesehen, die kaum Überkorn im Mahlgut beläßt und so nicht unbedingt mit einer Klassiereinrichtung in geschlossenem Kreislauf gefahren werden muß. Das Mahlgut der Stangenmühle 1 gelangt in einen Rechenklassierer oder 4S einen Schlüsselklassierer 2 mit Rechenaustrag, in welchem tonige Anteile ausgewaschen werden. Der Sandauslrag dieses Klassierers 2 wird auf einem Planfilter 8 weitgehend entwässert, ehe das vc-gemahlene und gewaschene Mineral in der Stiftmühle 10 unter mechanochemischer Aktivierung auf die gewünschte Endfeinheit zerkleinert wird. Wieder ist für das fertig zerkleinerte Gut eine Konditionierung 11 vor einer Flotation vorgesehen.

Fig. 3 bezieht sich auf die Behandlung von Minera- v> lien mit wesentlich hartnäckiger haftenden Verunreinigungen toniger Art. Die Zerkleinerung erfolgt zunächst, mit oder ohne Kreislaufklassierung, in einer Kugelmühle 3. Das dort zerkleinerte Gut wird in einer Batterie von Attritionszellen 4 intensiv gewaschen, danach in einem fao Pumpensumpf 5 aufgenommen, mit einer gepanzerten Kreiselpumpe 6 in einen gepanzerten Hydrozyklon 7 gebracht und dort von abgeriebenen Feinstteilchen gelrennt. Da der aus dem Hydrozyklon austretende gewaschene Unterlauf immer noch etwa 25—30% t>> Feuchtigkeit aufweist, wird er in einer Schubzentrifuge 9 entwässert und das entwässerte, gewaschene Gut wird schließlich in der Stiftmühle iO unter gleichzeitiger mechanochemischer Aktivierung auf Endfeinheit zerkleinert. Das so behandelte Material gelangt über die Konditionierung 11 in die Flotation.

Fig.4 endlich gibt die Behandlung eines notierten Konzentrates oder Zwischenproduktes wieder. Das noch nasse Produkt wird auf einem Planfilter 8 und in einer nachgeschalteten Schubzentrifuge 9 entwässert und anschließend in der Stiftmühle 10 unter gleichzeitiger weiterer Zerkleinerung mechanochemJsch aktiviert. Das aktivierte Produkt wird in einem Silo 12 gelagert, ehe es einer weiteren Verwendung wie Abtransport, Verhüttung, Aufschluß oder auch nochmaliger Flotation unterworfen wird.

Wesentlichstes Merkmal dieser Anlagen ist die Anordnung einer Stiftmühle 10 besonderer Art, die vor allem dadurch ausgezeichnet ist, daß damit dem aufgegebenen Material auf mechanischem Wege eine vergleichsweise hohe Energie zugeführt werden kann, durch welche einerseits ein Zerkleinerungsvorgang in an sich bekannter Weise ausgelöst und bewirkt wird, andererseits aber eine Energiezufuhr auf mechanischem Wege derart erfolgt, daß durch Zusammentreffen geeigneter resonanzartiger Erscheinungen Veränderungen zeitstabiler Natur im submikroskopischen Gefüge der so behandelten Substanz eintreten, welche ein verändertes Verhalten eben dieser Substanz bei nachfolgenden Reaktionen zur Folge hat. Solche Vorgänge und Erscheinungen sind bereits verschiedentlich festgestellt und untersucht worden und haben unter den Bezeichnungen »mechanochemische Aktivierung«, »Energie-Infusion« usw. Eingang in die Fachliteratur gefunden.

Als geeignete Vorrichtungen für derartige mechanochemischen Aktivierungen haben sich modifizierte Stiftmühlen, vorzugsweise mit gegenläufig angetriebenen Rotoren, erwiesen. Diese Geräte, bekannt unter der Bezeichnung »Desintegratoren«, haben den Vorteil der regelbaren Drehzahl und damit Stoßgeschwindigkeit, so daß eine Anpassung der Stoßenergien und Stoßzeiten an die spezifischen Charakteristiken des zu behanuelnden Materials möglich ist.

Desintegratoren, also modifizierte Stiftmühlen (z. B. mit nicht zylindrischen Schlagstiften, mit nicht frei sondern in Abdeckungen endenden Stiften usw.) bieten gute Möglichkeiten, durch Wahl der Zahl der Schlagstiftkränze, Abstand der Kränze voneinander, Abstand der Schlagstifte innerhalb jedes Kranzes untereinander. Form und Ausrichtung der Schlagstifte und Laufgeschwindigkeit der Mahlscheiben einen nach Zahl, Zeitfolge und Intensität der auf das Mahlgut einwirkenden Schläge definierten Mahlvorgang zu verwirklichen. Durch geeignete Modifikation dieser Parameter kann der Mahlvorgang mechanisch in weitem Bereich modifiziert werden. Darüberhinaus ist es möglich bestimmte Chemikalien in Desintegratoren schon während der Zerkleinerung zuzusetzen, und zwar zu dem Zwecke einer möglichst homogenen, feinverteilten Beimischung, welche in einem konventionellen Mischer so vollkommen weit schwieriger zu erzielen wäre. Ähnlich erscheinende Vorgangsweisen wurden bereits vorgeschlagen, z. B. in der US-PS 40 14 474, allerdings zu dem unterschiedlichen Zweck, in mehrstufig auszuführenden Flotationsverfahren mit stufenweiser Abtrennung unterschiedlicher Erze jeweils zwischen zwei Stufen nach chemischer Neutralisation von Chemikalien, welche etwa als Sammler in der jeweils vorangehenden Stufe eingesetzt wurden, durch neuerliche Vermahlung, z.B. in Kugelmühlen, neue Oberflä-

chen freizusetzen und zugänglich zu machen, deren flotationsgemäße Eigenschaften dann erst bei der jeweils nächstfolgenden Stufe zum Tragen kommen können.

Den prinzipiellen Aufbau eines Desintegrators zeigen die Fig. 5 und 6. Bei dieser Mahlvorrichtung sind auf zwei Wellen 27 und 28 mit fluchtenden Achsen je eine Mahlscheibe 29 und 30 endständig befestigt.

Eine dieser Mahlscheiben ist nahe der Scheibenmitte mit Durchtrittsöffnungen 34 für das zu behandelnde Material versehen. Hinter den Durchtrittsöffnungen ist eine Prall- und Leitplatte 39 angebracht. Vor den Durchtrittsöffnungen 34 befindet sich der Raum 35, durch den das zu behandelnde Material aufgegeben wird. Dichtringe 36 verhindern, daß dieses Material an der Außenseite der Mahlscheibe 29 unter Umgehung der Mahl- und Schlagstifte in den Reihen 31, 32, 33 in den Austragsraum 38 durch die Austragsöffnung 37 gelangt.

Die Mahlscheiben sind von einem Gehäuse 40 umgeben, welches entlang dem Flansch 40' geöffnet werden kann.

In der Zeichnung ist erkennbar gemacht, daß die Schlagstifte abwechselnd gegenläufig bewegt werden. Dadurch ergeben sich sehr hohe Schlaggeschwindigkeiten.

Vorrichtungen der beschriebenen Art sind seit langem bekannt. Es ist ihnen meist gemeinsam, daß die Schlagstifte zylindrischen Querschnitt aufweisen, wodurch sich in bezug auf die damit beschleunigten Teilchen eine starke Richtungsstreuung ergibt. Für den erfindungsgemäßen Zweck eignet sich dagegen eine Vorrichtung mit nicht zylindrischen Schlagelementen, welche den Teilchen eine gerichtete Beschleunigung zu erteilen in der Lage ist.

Das Aufgabegut wird zentral-axial zugegeben, vom Sog der durchströmenden Luft bzw. des Schutzgases und der Zentrifugalkraft erfaßt und nach außen geschleudert Der Luft- bzw. Schutzgasstrom kann durch an die Mahlscheiben angesetzte Ventilatorflügel verstärkt werden. Hierbei gerät es in den Schlagbereich der innersten Stiftreihe und erfährt eine nahezu tangentiale Beschleunigung, die von der nächstäußeren, gegenläufigen Stiftreihe in eine entgegengesetzte, ebenfalls nahezu tangentiale Beschleunigung umgewan

delt wird. Dies wiederholt sich von Stiftreihe zu Stiftreihe, bis die Teilchen den Bereich der Rotoren verlassen. Durch die Drehzahl der Scheiben und die Radien der Stiftreihen bedingt werden Stoßgeschwindigkeiten von 50 bis über 300 m/s erreicht. Die Stoßenergien der Teilchen richten sich hierbei nach deren Masse und nach dem Widerstand, den das umgebende Gas ihrer Bewegung entgegensetzt. Durch Variation der Drehzahlen kann auf den Effekt der Zerkleinerung ebenso wie auf den der mechanochemischen Aktivierung und der von den Teilchen zu speichernden Energie Einfluß genommen werden. In bezug auf äußerlich wahrnehmbare Auswirkungen so gespeicherter Energien können gewünschte Eigenschaften verfahrensgemäß optimiert werden, indem ein gewünschter Parameter laufend kontrolliert und das Kontrollergebnis zur Steuerung der Drehzahl und damit der Teilchenbeschleunigung bzw. deren Endgeschwindigkeit herangezogen wird. Für den Sonderfall der Behandlung von Spülschlämmen wurde dies in der AT-PS 3 34 848 bereits beschrieben.

Wegen der Unterschiedlichkeit der flotierbaren Erze und im Hinblick auf die Vielzahl der zur Flotation verwendeten Chemikalien kann keine allgemeingültige Regel für die jeweils zu wählende Ausführungsform der Mahlscheiben und Schlagstifte sowie die Laufgeschwindigkeit der Scheiben gemacht werden. Vielmehr ist es notwendig, ebenso wie zur Auslegung der optimalen Flotationsbedingungen, durch Versuche im Labor- und halbtechnischen Maßstab die optimalen mechanischen Parameter der einzusetzenden Desintegratoren durch ebensolche Versuche festzulegen. Angesichts der Tatsache, daß der Zerkleinerungs- und Aktivierungsvorgang in Desintegratoren aber nur Sekundenbruchteile benötigt, also fast augenblicklich abläuft, können diese Versuche in kurzer Zeit abgewickelt und die Versuchsbedingungen schnell geändert werden. Diese schnelle Anpassung durch Veränderung mechanischer Verfahrensparameter ist natürlich auch für die im industriellen Maßstab eingesetzten Desintegratoren gegeben, was, zusätzlich zur deutlich verbesserten Beherrschbarkeit des Mahlvorganges an sich, einen weiteren und nicht unbedeutenden Schritt in Richtung des technischen Fortschrittes darstellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufbereitung flotierbarer Mineralien und Erze, die auf eine Korngröße von kleiner als 7 bis 10 mm vorzerkleinert und gegebenenfalls durch Flotation. Herdwäsche, Setzwäsche, Schwerflüssigkeitsscheidung, Magnetscheidung, elektrostatische Scheidung u. dgl. angereichert und auf eine Restfeuchte von weniger als 8 bis 10% getrocknet wurden, und die vor der allfälligen Flotation bzw. einer Nachflotation und abschließenden Verhüttung in einer Mühle feinzerkleinert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinzerkleinerung mittels einer modifizierten Stiftmühle erfolgt, wobei jedes Teilchen in einem Zeitraum von 10~² bis 10-³ Sekunden 3 bis 8 Schlägen bzw. Schlagimpulsen ausgesetzt ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurcn gekennzeichnet, daß eine Stiftmühle mit gegenläufig angetriebenen, mit wechselweise ineinandergreifenden konzentrischen Mahlstiftreihen besetzten Mahlscheiben eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinzerkleinerung mehrstufig im Gesamtaufbereitungsverfahren zwischen der Vorzerkleinerung und der abschließenden Verhüttung vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den aufzubereitenden Materialien vor der Feinzerkleinerung noch Zusätze wie Flotationshilfsmittel, Flußmittel, Mittel zur Einstellung des pH- oder rH-Wertes dosiert zugegeben werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fähigkeit der feinzerkleinerten Materialien, nämlich Wasser kapillar hochzusaugen, gemessen und der erhaltene Meßwert zur Regelung der Rotationsgeschwindigkeit der Stiftmühle herangezogen wird.