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Verfahren zum Aufbereiten von Uranerzen
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Uranerzen,
bei welchem das zerkleinerte Erz einer Laugung unterzogen und Feststoff und Flüssigkeit
des resultierenden Feststoff-Flüssigkeit-Gemisches unter Verwendung auch von Hydrozyklonen
wenigstens teilweise voneinander getrennt werden. Aus der vom Feststoff befreiten
Flüssigkeit werden dann - gegebenenfalls nach Behandlung in Ionenaustauschern -
die Uranverbindungen ausgefällt, aus denen der Yellow-Cake gewonnen wird.
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Es ist bekannt, die Trennung von Feststoff und Flüssigkeit voneinander
mittels Filtration zu bewirken, wobei der Filterückstand zusätzlich mit Wasser behandelt
wird, um die letzten Flüssigkeitsreste zu gewinnen, in denen Uranverbindungen gelöst
sind. Der verbleibende feste Rückstand wird alsdann auf gehaldet. Er enthält noch
Wasseranteile, die jedoch normalerweise nicht allzu gross sind, da die Filtration
nur dann anwendbar ist, wenn die Korngrösse des Feststoffes eine bestimmte Mindestgrösse
nicht unterschreitet und/oder der Anteil an Feinstkorn am gesamten Feststoff eine
bestimmte obere Grenze nicht überschreitet.
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Dieses bekannte Verfahren kommt heute weniger zur Anwendung.
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Dies ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, dass der Abbau von
Uranerz in den zurückliegenden Jahren in zunehmendem Masse auf solcher Lagerstätten
übergegangen ist, bei denen die uranhaltigen Mineralien und die Begleitmineralien,
also die Gangart, ausserordentlich fein verwachsen sind mit dem Ergebnis, dass das
Erz zum Zwecke der Laugung auf eine wesentlich feinere Korngrösse gemahlen werden
muss, um ein wirtschaftlich vertretbares Ausbringen zu erzielen. Dieses feinere
Aufmahlen hat das Entstehen eines merklichen Anteiles ausserordentlich feiner Körnung
zur Folge, so dass eine Filtration nicht oder kaum noch möglich ist, da der Feinstkornanteil,
beispielsweise von Korn unter 0,02 oder gar 0,01 mm den Filterkuchen für Flüssigkeit
praktisch undurchlässig macht mit dem Ergebnis, dass die Flüssigkeit, in welcher
sich die gelösten Uranverbindungen befinden, sich kaum noch vom Feststoff trennen
lässt. Auch ist ein Auswaschen unmöglich, da das dazu benutzte Wasser aufgrund des
Feinstkornanteiles durch den Filterkurchen nicht mehr hindurchdringt. Feinstkornanteile
unter etwa 0,03 mm in einer Grössenordnung von 3 - 6% am Gesamthaufwerk genügen,
um diesen nachteiligen Effekt zu bewirken.
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Diese auf den heute allgemein notwendigen feineren Aufschluss der
Erze zurückgehende Entwicklung wird zudem noch dadurch verstärkt, dass aufgrund
der modernen Laugungstechniken während des Laugungsvorganges eine weitere Zerkleinerung
der Feststoffteilchen unvermeidbar ist und somit zusätzlich Feinstkorn entsteht.
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Aufgrund der vorbeschriebenen Entwicklung wird heute die Trennung
des Feststoffes von der Flüssigkeit überwiegend unter Anwendung von Gegenstrom-Wascheindickern
durchgeführt, wobei zusätzlich Voreindicker und Hydrozyklone eingeschaltet sein
können. Der Nachteil dieser Verfahrensweise besteht in einem sehr hohen Wasserverlust,
da aufgrund des Feinstkornanteiles ein entsprechend hoher Wassergehalt in den Rückständen,
die auf Halde bzw. in die Klärteiche gegeben werden, unvermeidbar ist. Jedenfalls
ist der Wasserverlust erheblich höher als beim Filtrationsverfahren.
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Die hohen Wasserverluste sind in jedem Fall dort nachteilig, wo Wasser
nicht in unbegrenzten Mengen zur Verfügung steht. Hinzu (durch grosse AbweunsermengenJ
kommt, as uc mwe umweltprobleme verursacht werden können.
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Schliesslich setzt der hohe Wasserverbrauch auch entsprechende Investitionen
in Bezug auf Pumpeinrichtungen, Leitungen usw. zum Heranführen von Verluste ausgleichendem
Wasser von aussen voraus, die auch die Betriebskosten vergrössern.
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Der Erfindung liegt somit im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der eingangs beschriebenen Art so ahzuwandeln, dass die Wasserverluste
in erheblichem Umfang verringert werden, ohne dass Investitionskosten und/oder Betriebskosten
eine ins Gewicht fallende Zunahme erfahren.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass das aus
der Laugungseinrichtung kommende Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch einer Hydrozyklon-Klassiereinrichtung
zugeführt wird, in welcher
das die Entwässerung der Feststoffe zwecks
Lösungsabtrennung mittels Filtration oder Zentrifugierung störende Feinstkorn in
einem solchen Umfang abgetrennt wird, dass das verbleibende hocheingedickte und
vom Feinstkorn befreite Gemisch in effektiver Weise gefiltert oder zentrifugiert
werden kann und nur geringe Lösungsmengen oder Wasser dem entwässerten Feststoff
anhaften. Im allgemeinen wird es zweckmässig sein, den Trennschnitt so tief wie
möglich zu legen, so dass nur jenes Feinstkorn abgetrennt wird, welches tatsächlich
die Filtration beeinträchtigt bzw. unmöglich macht. Normalerweise wird der Trennschnitt
im Bereich zwischen etwa 0,01 und 0,04 mm liegen. Für die Klassierung werden zweckmässig
Multrizyklone verwendet, die einen relativ kleinen Durchmesser, etwa in der Grössenordnung
von 5 - 20 cm und den Vorteil eines verhältnismässig scharfen Trennschnittes in
den hier in Frage kommenden Bereichen aufweisen. Fehlkornanteile von weniger als
6% sind ohne weiteres erreichbar.
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Im allgemeinen wird es zweckmässig sein, das in dem aus der Laugungseinrichtung
kommenden hochprozentigen Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch vor der Klassierung der
Feststoffgehalt durch Verdünnung mit rezirkulierter Lösung oder Wasser auf den für
die Klassierung optimalen Wert herabgesetzt wird. Die Klassierung kann mehrstufig
-erfolgen, wobei das Feingut der ersten Stufe in einer zweiten Stufe gegebenenfalls
bei einem etwas niedrigeren Trennschnitt nachklassiert-wird und das Grobgut der
zweiten Stufe in einer z. B. als Zyklon ausgebildeten Eindickstufe nachklassiert
wird, um feines Fehlkorn abzutrennen und zur Aufgabe der ersten Stufe zurückzuführen.
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Ein besonderer Vorteil des Verfahrens gemäss der Erfindung besteht
darin, dass die Hydrozyklone bezüglich Betrieb, Wartung und dgl.
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sehr einfache Einrichtungen darstellen, die praktisch keine bewegbaren
Teile enthalten. Weiterhin ist vorteilhaft, dass die erfindungsgemässe Verfahrensführung
sich ohne Schwierigkeiten und Änderungen grundsätzlicher Art in bestehende Aufbereitungsanlagen
einfügen lässt, und zwar unabhängig davon, wie im einzelnen das Aufbereitungsverfahren
oder einzelne Schritte desselben durchgeführt werden. So ist die Erfindung bei saurer
und auch bei alkalischer Laugung anwendbar. Es ist auch ohne weiteres möglich, das
die feine Fraktion enthaltende Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch -gegebenenfalls nach
Klärung und Voreindickung - in den üblichen Gegenstrom-Wascheindickern zu behandeln.
Das schliesslich in die Teiche zu gebende Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch, das die
Feinstkornanteile enthält, wird zwar einen hohen Wassergehalt aufweisen, wobei jedoch
das absolute Ausmass des dadurch verursachten Wasserverlustes gering ist, da der
Feinstkornanteil im Verhältnis zum Anteil des gröberen Kornes, welches filtrierbar
und waschbar ist, relativ gering ist. Jedenfalls weist die gröbere Fraktion, die
nach Beendigung des Wasch- und Filtrationsvorganges auf Halde gegeben wird, einen
so geringen Wassergehalt auf, dass das absolute Ausmass der hier entstehenden Wasserverluste
ebenfalls gering ist.
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Die Verwendung von Hydrozyklonen ist im Zusammenhang mit der Trennung
von Feststoff und Flüssigkeit bei der Aufbereitung von Uranerzen bekannt. Dabei
liegen jedoch die Trennschnitte in einem Körnungsbereich, der bei den genannten
Voraussetzungen - feinster
Aufschluss des Erzes und zusätzliche
Zerkleinerung während des Laugungsvorganges - einen so grossen Feinstkornanteil
in der gröberen Fraktion belässt, dass selbst bei einer Verfahrensführung gemäss
der Erfindung die Durchführung der Waschfiltration überhaupt nicht oder zumindest
nur unter Inkaufnahme eines das übliche Mass weit überschreitenden Wassergehaltes
des Filterkuchens möglich wäre. Dies hätte dann aber wiederum hohe Wasserverluste
zur Folge, die zu vermeiden das Ziel der Erfindung ist.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung jeweils
als Fließbild dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 das Fließbild der wesentlichen Einrichtungen
einer Uranerz aufbereitung mittels alkalischer Drucklaugung; Fig. 2 das Fließbild
einer Hydrozyklon-Klassiereinrichtung.
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Gemäss dem Fließschema in Fig. 1 wird das Erz 11 zunächst in einer
Anlage 12 gebrochen, gemahlen und gegebenenfalls auch zur Herstellung eines gleichbleibenden
Urangehaltes gemischt. In der Anlage 12 werden dem Uranerz die für die Laugung notwendigen
Reagenzien zugeführt. Der wesentliche Teil derselben gelangt über die Kreislaufleitung
14 mit dem rückgeführten Wasser, das auch bereits gelöstes Uran enthält, in die
Einrichtung 12. Der Ausgleich der Verluste an Reagenzien erfolgt durch eine Zuführeinrichtung
13.
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Der Verwachsungsgrad des Erzes ist für den Grad der Zerkleinerung
massgebend, wobei allerdings auch die Wahl der anschliessenden Verfahrensschritte,
insbesondere die Art der Laugung, den Zerkleinerungsgrad beeinflusst. So wird im
allgemeinen bei alkalischer Laugung eine weitergehende Zerkleinerung notwendig sein
als bei sauerer Laugung. Die einleitend geschilderten Schwierigkeiten sind jedoch
von der Art des gewählten Aufbereitungsverfahrens, insbesondere auch von der Art
der Laugung, unabhängig, da bei Vorliegen eines bestimmten Verwachsungsgrades in
jedem Fall eine Zerkleinerung erforderlich ist, die zu dem diese Schwierigkeiten
verursachenden Feinstkornanteil führt. Eine Zerkleinerung des Erzes in der Anlage
12 auf eine Korngrösse z. B. unter 0,06 mm ist bei Vorliegen der genannten Voraussetzungen
durchaus üblich.
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Aus der Anlage 12 gelangt das aus zerkleinertem Erz, Wasser, darin
gelösten Uranverbindungen und Reagenzien bestehende Gemisch in den Laugungsbehälter
15, in dem die Laugung unter einem Überdruck von z. B. 4 - 6 bar bei Temperaturen
beispielsweise zwischen 80 und 1200 C stattfindet. In den Laugungsbehälter 15 wird
zusätzlich ein Oxidationsmittel, vorzugsweise Luftsauerstoff, durch eine Leitung
16 zugeführt.
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Bei dem ion der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird davon
ausgegangen, dass das den Laugungsbehälter 15 verlassende Gemisch etwa 50 Gew.-%
Wasser (F) und 50 Gew.-% Feststoffe (S) enthält. Nach Durchführung der Laugung gelangt
dieses Feststoff-Wassser-Gemisch, in dem sich die zu gewinnenden Uranverbindungen
nunmehr gelöst in der Flüssigkeit befinden, über eine Leitung 18 in eine aus Multizyklonen
bestehende Klassiereinrichtung 20. Diese Einrichtung kann eine Vielzahl derartiger
Zyklone aufweisen, deren Durchmesser zur Erzielung eines sehr tief liegenden Trennschnittes
im allgemeinen in der Grössenordnung von 10 - 20 cm liegen wird.
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In der Einrichtung 20 erfolgt eine Unterteilung des Feststoffanteiles
bei etwa 0,01 mm. Ein Teil der Flüssigkeit, nämlich 21 Gew.-%, werden gemeinsam
mit der gröberen Fraktion, die etwa 45 Gew.-% ausmacht, über die Leitung 22 in eine
Filtereinrichtung 24 gebracht. Dort finden, beispielsweise unter Verwendung von
Band-. -filtern, die Entwässerung und die Waschfiltration des Feststoffes statt.
Diese Behandlungsschritte können ohne Schwierigkeiten und mit optimalen Durchsatzleistungen
erfolgen, da das störende Feinstkorn
nahezu vollständig in der
Klassiereinrichtung 20 entfernt worden war. Von aussen wird über eine Leitung 26
zusätzlich Wasser für die Durchführung der Waschfiltration zugeführt. Diese Wassermenge
beträgt etwa 11 Gew.-%, bezogen auf das Ausgangsgemisch, das 50 Gew.-% Feststoff
und 50 Gew.-% Wasser enthält. Weitere 11 Gew.-* Wasser gelangen über eine Leitung
27 in die Filtereinrichtung 24. Dieser Wasseranteil kommt aus einer Einrichtung
28, in welcher der Yellow Cake gefällt und abgetrennt wird.
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Der grösste Teil, nämlichnahezu 45% des in die Waschfiltration-Einrichtung
24 gegebenx Feststoffes wird über eine Fördereinrichdie trevebew tung 29 auf Halde
Dieser Rückstand enthält etwa 20 % Wasser, welches einen Anteil von 11 % des ursprünglichen
Feststoff-Wasser-Gemisches ausmacht. Rechnerisch entspricht der hier eintretende
Wasserverlust der Wassermenge, die in der Filtereinrichtung 24 über die Leitung
26 von aussen zugeführt wird.
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Die in der Filtereinrichtung 24 vom Feststoff abgetrennte Flüssigkeit,
die noch ganz geringe Mengen an Feststoff enthalten kann -bei dem in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel sind 0,5 Gew.-% angenommen-gelangt über eine Leitung
30 in einen Gegenstrom-Wascheindicker 32. Diese Flüssigkeit, bei der es sich um
etwa 32 Gew.-% handelt, enthält die gelösten Uranverbindungen, die in der aus der
Klassiereinrichtung 20 in die Filtereinrichtung 24 geleiteten Flüssigkeit enthalten
waren.
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Der das Korn unter 0,01 mm aufweisende Anteil des Feststoff-Flüssigkeit-Gemisches
wird über eine Leitung 36 aus der Klassiereinrichtung 20 einer Einrichtung 38 zugeführt,
in welcher Klärung und Voreindickung erfolgen. Dieses Gemisch enthält, wiederum
bezogen auf das Ausgangsgemisch in Leitung 18, 5 Gew.-% Feststoff, nämlich die Fraktion
unterhalb 0,01 mm, und etwa 29 Gew.-% Wasser, Der grössere Teil dieses Flüssigkeitsanteiles,
nämlich 22 Gew.-%, werden nach Klärung aus der Einrichtung 38 über eine Leitung
40 in die Einrichtung 28 gebracht, in welcher aus dieser Flüssigkeit unter Anwendung
bekannter Mittel und Massnahmen der Yellow Cake gefällt und abgetrennt wird. Durch
die Leitung 42 wird das dazu benötigte Fällungsreagenz 'zugeführt.
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Das aus der Einrichtung 38 austretende Feststoff-Wasser-Gemisch enthält
praktisch den gesamten Feststoff unterhalb des Trennschnittes der Klassiereinrichtung
20 sowie die restlichen 7 Gew.-% Wasser bzw. Lösung, die nach Abtrennen der in die
Einrichtung 28 zu führenden 22 Gew.-% Wasser bzw. Lösung noch übrig bleiben. Dieses
Gemisch wird über die Leitung 44 in den Gegenstrom-Wascheindicker 32-geführt, in
dem ausserdem über eine Leitung 46 10 Gew.-% Wasser von aussen zugegeben werden.
Ausserdem werden über eine Leitung 48 die Hälfte der insgesamt über die Leitung
50 aus der Einrichtung 28 zum Fällen und Abtrennen des Yellow Cake abgeführten Wassermenge
in den Gegenstrom-Wascheindicker 32 geführt, so dass insgesamt60 Gew.-% Wasser in
diesen Gegenstrom-Wascheindicker gelangen. Von diesen 60 Teilen Wasser werden etwa
50% zusammen mit etwa 0,5% Feststoff über die Leitung 14 in die Anlage 12 zum
Brechen
und Mahlen des Erzes 11 zurückgeführt, wobei dieses Wasser - wie bereits erläutert
- gelöste Uranverbindungen und auch die Reagenzien für die Laugung enthält. Etwa
10% Wasser werden zusammen mit den 5% Feststoffen über eine Leitung oder dgl.
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50 in einen Teich oder dgl. gegeben. Diese 10% Wasser sind, wie die
11% die mit den Grobrückständen über die Fördereinrichtung 29 auf Halde gelangen,
im allgemeinen nicht rückgewinnbar. Auch hier gilt, dass rechnerisch dieser Wasserverlust
dem Wasseranteil entspricht, der von aussen über den Gegenstrom-Wascheindicker über
die Leitung 46 zugeführt wird.
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Im Gesamtergebnis sind somit 21% der im Ursprungs gemisch vorhanden
gewesenen 50% Wasser verloren gegangen. Diese Verlustrate stellt gegenüber bekannten
Verfahren eine Verringerung um etwa drei Viertel dar.
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In Fig. 2 ist das Schema einer Hydrozyklon-Klassiereinrichtung dargestellt,
wobei bezüglich des Ausgangs gemisches die gleichen Anteile an Wasser und Feststoff
wie beim Schema gemäss Fig. 1 zugrunde gelegt sind. Die Hydrozyklon-Klassiereinrichtung
gemäss Fig. 2 kann ohne weiteres die Einrichtung 20 des Fließschemas gemäss Fig.
1 darstellen. Unterschiedliche Anteile bezüglich Flüssigkeit und Feststoff in einzelnen
Stationen und»der Leitungen ergeben sich überwiegend daraus, dass beim Schema gemäss
Fig. 2 zusätzlich Rückläufe berücksichtigt sind, auf deren Darstellung aus Gründen
der Übersichtlichkeit in Fig 1 verzichtet wird.
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Das aus dem Laugungsbehälter kommende Feststoff-Wasser-Gemisch, welches
über eine Leitung 18 einem Sammelbehälter 53 zugeführt wird, enthält 50 Gew.-% Wasser
(F) und 50 Gew.-% Feststoff (S).
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Über eine Leitung 55 wird zusätzlich ein Gemisch mit 4,6 % Feststoff
und 55,4% Wasser zugeführt, das dem Überlauf eines Eindickerzyklons 57 entstammt.
Das resultierende Gemisch mit 54,6% Feststoff und 105,4% Wasser wird über eine Leitung
59 in einen Hydrozyklon 61 eingeführt, der so eingestellt bzw. ausgelegt ist, dass
der in ihm durchgeführte Trennschnitt im Bereich zwischen 0,03 und 0,04 mm liegt.
Der Überlauf dieses ersten Zyklons dieses ersten Zyklons bzw. dieser ersten Zyklonstufe
61, in der normalerweise eine Vielzahl von Einzelzyklonen zusammengefasst sind,
wird in einen zweiten Zyklon bzw. eine zweite Zyklonstufe 63 geführt. Die Verbindungsleitung
zwischen beiden Zyklonstufen 61 und 63 ist mit 65 bezeichnet. Das in die zweite
Zyklonstufe 63 gelangende Gemisch hat einen Anteil von 22% Feststoff und 92% Wasser,
wobei die Korngrösse des Feststoffes kleiner als 0,03 bis 0,04 mm ist. Der Trennschnitt
in der zweiten Zyklonstufe liegt im Bereich zwischen 0,015 und 0,018 mm. Der Überlauf
dieser Zyklonstufe, der 58 Feststoff und 79,4% Wasser enthält, geht über die Leitung
36 in eine Einrichtung 38 zur Klärung und Voreindickung, von der ein Teil der Flüssigkeit
über die Leitung 40 der Einrichtung 28 für Fällung und Abtrennung des Yellow-Yake
zugeführt werden. Das aus der Einrichtung 38 über eine weitere Leitung 44- austretende
Gemisch, welches 5% Feststoff und 9,8% Wasser enthält, gelangt in den Gegenstrom-Wascheindicker
und wird dort in der bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise behandelt.
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Der Unterlauf der ersten Zyklon-Stufe 61, der 32,6% Feststoff und
13,4% Flüssigkeit enthält, wobei der Feststoff lediglich das filtrierbare oder zentrifugierbare
gröbere Korn enthält, wird über eine Leitung 66 in die Sammelleitung 22 gegeben,
die zur Waschfiltration führt.
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Der Unterlauf der zweiten Zyklonstufe 63, der praktisch das Korn im
Bereich zwischen den beiden Trennschnitten der Zyklonstufen 61 und 63 enthält und
ein Gemisch von 17% Feststoff und 12,6% Wasser darstellt, gelangt über eine Leitung
68 in eine Sammelleitung 70 und von dort in den Eindickerzyklon 57. In die Sammelleitung
70 mündet auch eine von der Einrichtung 38 für Klärung und Voreindickung kommende
Leitung 72, über die praktisch feststofffreie Flüssigkeit einer Menge von 40,4%
zugeführt wird.
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Schliesslich gelangt ein Teil der Flüssigkeit aus der Waschfiltriereinrichtung
oder Zentrifuge (24 in Fig. 1) über eine Leitung 74 in die Sammelleitung 70 und
von dort in den Eindickerzyklon 57. Das von der Waschfiltration kommende Gemisch
enthält 0,04% Feststoff und 10e Wasser. Im Eindickerzyklon 57 wird das über die
Sammelleitung 70 zugeführte resultierende Gemisch klassiert, wobei der Trennschnitt
bei 0,015 mm liegt. Der Überlauf mit der feinen Fraktion des Feststoffes - 4,6%
Feststoff und 55,4% Flüssigkeit - gelangt in den bereits erwähnten Sammelbehälter
53. Der Unterlauf, der 12,8% Feststoff und 7,6% Wasser enthält, wird über eine Leitung
76 der Sammelleitung 22 zur Waschfiltration bzw. zur Zentrifuge geleitet. Der Feststoff
dieses Unterlaufes stellt die gröbere Fraktion dar.
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Die in Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellte
Rückführleitung 55 dient im wesentlichen dazu, den Flüssigkeitsanteil des die erste
Zyklonstufe 61 eintretenden Gemisches so weit zu erhöhen, dass die Klassierung im
Hydrozyklon unter optimalen Bedingungen möglich ist. Allgemein gilt, dass ohne grossen
zusätzlichen Aufwand durch Kreislaufführung eines Teiles der Gemischströme in den
jeweiligen Stationen und Einrichtungen optimale Voraussetzungen für die dort durchgeführten
Behandlungen usw. erzielt werden können.
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Es liegt auf der Hand, dass die in beiden Fliessbildern angegebenen
Anteile sowohl des Feststoffes als auch des Wassers geringe Schwankungen aufweisen
können, insbesondere auch in Abhängigkeit von Rückläufen zwischen bestimmten Stufen.
Dadurch werden jedoch die Gesamtbilanz und das insgesamt vorteilhafte Ergebnis nicht
verändert.
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Die Fällprodukte sind in beiden Fliessbildern nicht berücksichtigt,
da sie mengenmässig keine entscheidende Rolle spielen.