DE3305517C2

DE3305517C2 - Schwerflüssigkeit

Info

Publication number: DE3305517C2
Application number: DE19833305517
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Chem. 1000 Berlin Kamps; Manfred Dipl.-Chem. 1000 Berlin Miehe; Bodo Dr. Plewinsky; Klaus Dr. 2000 Hamburg Wetz
Original assignee: BERLINER INDUSTRIEBANK AG 1000 BERLIN DE; Berliner Industriebank Ag 1000 Berlin
Current assignee: Miehe Manfred Dipl-Chem 1000 Berlin De Kamps
Priority date: 1983-02-14
Filing date: 1983-02-14
Publication date: 1985-01-17
Also published as: DE3305517A1

Abstract

Es werden Mittel und Verfahren zur Trennung von Feststoffgemischen geschaffen, die es ermöglichen, Stoffgemische mit Komponenten unterschiedlicher Dichte schnell, mit geringem Aufwand und praktisch quantitativ in ihre Einzelbestandteile zu zerlegen. Als Trennmittel finden Lösungen von Metawolframaten unterschiedlicher Konzentration mit Dichten bis 3,1 g cm-3 Anwendung. Das Verfahren kann entweder statisch, d. h. unter Ausnutzung des Schwerefeldes der Erde, oder mit geeigneten Zentrifugalbeschleunigungen durchgeführt werden. Als Trennmittel können den Metawolframatlösungen auch Schwerstoffe geeigneter Korngröße zugefügt werden. Wolframcarbid enthaltende Natriummetawolframat-Suspensionen ergeben z. B. Dichten von 4,6 g cm-3.

Description

Stoff

Die Erfindung betrifft eine Schwerflüssigkeit zur Dichtetrennung von Feststoffgemischen mit Dichten bis zu etwa 3,1 g cm-³ und bei Zusatz von Schwerstoffen, wie z. B. Wolfnw jcarbid bis etwa 4,6 g cm-³ untereinander und selchen, deren Komponenten unter bzw. über einer Dichte von 3,1 g cm-³ bzw. 4,6 g cm-³ liegen.

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend insbesondere anhand der Erzaufbereitung und Mineralientrennung erläutert, ist jedoch grundsatzlich, wie am Ende der Beschreibung anhand von trennbaren Komponenten angegeben, für das Auftrennen beliebiger Gemische geeignet, soweit deren Komponenten unterschiedliche Dichtewerte besitzen.

Bei der Erzaufbereitung werden die wertvollen Komponenten eines ^rzes oder einer Gesteinsart von den weniger wertvollen getrennt. Abgesehen von der Magnetscheidung und elektrostatischen Scheidung, die von untergeordneter Bedeutung shid, kann man zwischen der Einzelsortierung und den naßmechanischen Trennverfahren unterscheiden, wobei hier die Schwertrübetrennung (Schwimm-Sinkaufbereitung) und insbesondere die Flotation überragende Bedeutung erlangt haben.

Trotz hoher Personalkosten erfolgt die Einzelsortierung durch Handauslese heute noch z. B. bei der Gewinnung von Edelsteinen, insbesondere Diamanten, sowie bei Mineralien, wie Kupferschiefer, Glimmer, Asbest, Magnesit/Serpentin, Feldspat/Quarz und Dolomit/ Kalkspat. Die Einzelsortierung ist auch mechanisiert worden in Form der optischen und elektrischen Sortierung, jedoch haben diese Verfahrensweisen aufgrund verschiedener nachteiliger Faktoren kaum Eingang in die Praxis gefunden.

Die Schwertrübetrennung bedient sich Wasser/Feststoff-Suspensionen bestimmter Dichte, wodurch das Aufgabegut in einen schwimmenden und sinkenden Anteil aufgetrennt wird. Die in Anwendung kommenden Suspensionen oder Trüben stellen im allgemeinen immer Nichtnewton'sche Medien dar, es sei denn, die Trüben haben einen geringen Feststoff-Volumenanteil. Ab 30 VoI.-°/o der festen Komponente nimmt die Viskosität der Trübe derart zu, daß sich eine Benutzung verbietet, da die sinkende Komponente eine zu geringe Sinkgeschwindigkeit aufweist.

Von entscheidender Bedeutung ist die Korngrößenverteilung der Schwertrübe, speziell bei höheren Feststoffgehalten. Eine anzustrebende großkörnige Trübe hat aber den Nachteil eines größeren Absetzsirebens.

Neben hoher Härte des Feststoffzusatzes, die einen geringen Abrieb garantiert, ist auch eine gewisse Kantenabrundung wünschenswert, um günstige Fließeigenschaften zu erhalten. Alterungserscheinungen des häufig als Schwerstoff angewandten Ferrosiliziums bedingen erhebliche Probleme.

etwa er/.ielbare maximale
Trübedichte (gcm-^J)

Ferrosilizium
(12... 15% Si)

a) gemahlen

b) verdüst
Galenit (PbS)
Magnetit (Fe₃O₄)
Baryt (BaSO₄)
Quarzsand
Pyrit (FeS₂)

3.2
3,8
33
2,4
2,0
1,4
2,4

Wesentliche Nachteile der Schwertrübetrennung sind im folgenden zu sehen: Da der Schwerstoff sedimentiert, muß die Stabilität der Trübe durch Umwälzen aufrechterhalten werden. Abweichungen von der vorgesehenen Dichte durch Sedimentieren führen zu fehlerhaften Trennergebnissen; weiterhin bestehen aufgrund der Tatsache, daß es sich bei den Schwertrüben um Suspensionen handelt, bezüglich der Körnungen des Rohgutes Beschränkungen. So können in einem Zykionscheider nur Körnungen bis herunter zu 0,5 mm und in Kastensowie Konusscheidern nur Korngrenzen bis etwa 2 bis 3 mm verarbeitet werden, wodurch die Verarbeitung einer Vielzahl an Mineralien unmöglich wird, die für den Trennvorgang auf eine maximale Korngröße von 0,2 mm zerkleinert werden müssen, um eine einwandfreie Trennung von Mineral und Gangart zu erzielen. Das Erfordernis der Rückgewinnung der ;.f,\ dem ausgetragenen Gut mitgeführten Trübe sowie deren Kostenfaktor macht Vorrichtungen dieser Art auch relativ kompliziert, wobei sich Trübevcrluste in der Größenordnung von bis zu 1 kg pro Tonne Rohgut nicht vermeiden lassen. Aufgrund des abrasiven Charakters der Schwerstoffe ergeben sich auch erhebliche Verschleißerscheinungen an den Pumpen zur Förderung der Trübe, und auch der Wasserverbrauch mit bis zu 1,5 m³ Frischwasser je Tonne Rohgut ist erheblich.

Es sind auch schwere Flüssigkeiten in Form Newton'scher Medien bekannt geworden. Hierzu gehört die Clerici-Lösung, die es ermöglicht, bei Normaltenperaturen Dichten bis zu 4,2 g cm-³ auszubilden. Es handelt sich hierbei um ein Gemisch aus Thalliumformiat und Thalliummalonat, die im Hinblick auf die Giftigkeit der Thalliumverbindungen nur im Labormaßstab Anwendung finden.

Es ist schließlich auch ein Verfahren nach der DE-OS 29 20 859 zum Abtrennen von Diamanten aus begleitendem Kiesgestein bekannt geworden, bei dem eine Suspension von Wolframcarbidpulver in schweren halogenierten Kohlenwasserstoffen wie Tetrabromäthan. Tribrommethan und Dijodmethan angewandt wird. Dieses Verfahren hat jedoch in die Praxis keinen Eingang gefunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile auszuräumen und insbesondere eine Schwerflüssigkeil zur Dichtetrennung von Fcststoffgemischen zu schaffen, die es ermöglicht, dieselben mit den eingangs genannten

Dichtewerten mit geringstmöglichem Aufwand in vorrichtungsmäßiger, verfahrensmäßiger und mittelmäßiger Hinsicht zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Trennmittel eine Alkali- und/oder Erdalkalimetawolframatlösung geeigneter Konzentration bzw. Dichte angewandt wird. Hierbei handelt es sich um echte Lösungen und nicht um Suspensionen.

So weist z. B. Natriummetawolframat in Wasser eine außerordentlich gute Löslichkeit auf und es können homogene Lösungen von 78 Massenprozent hergestellt werden, siehe hierzu die Abb. 1. Von Wichtigkeit ist hierbei, daß selbst bei gesättigten Metawolframatlösungen nur geringe Viskositäten vorliegen. Während die Viskosität von Schwertrüben in der Rege! bei einem Festoffgehalt von 35 Vol.-% einen Wert von 30 cP erreichen, siehe hierzu die A b b. 2, wird ein derartiger Wert bei Natriummetawolframatlösungen erst bei einem Massenanteil von etwa 75% erreicht Bei einem Massenanteü von 70% liegt die Viskosität unter 10 cP, siehe hierzu A b b. 4. Die A b b. 3 ordnet die Dichte wässriger Natriummetawolframatlösungen ihren Viskositätswerten zu und man sieht, daß eine schon relativ hohe Dichte von 2,5 g cm-³ einer Viskosität von nur etwa 10 cP entspricht

Da es sich bei Metawolframatlösungen um echte Lösungen handelt die bei hoher Dichte geringe Viskositäten zeigen, kann man nicht nur statisch arbeiten, d. h. unter dem Einfluß des Schwerefeldes der Erde, sondern auch unter Anwendung geeigneter Zentrifugalbeschleunigungen Feststofftrennungen vornehmen. Die Anwendung üblicher Schwertrüben schränkt diese Möglichkeit in erheblichem Umfang ein. Die Verwendung von Metawolframatlösungen ermöglicht eine schnelle und nahezu quantitative Auftrennung von nicht in Wasser löslichen Gemischen mit unterschiedlichen Dichten. Der Trennvorgang selbst kann optisch verfolgt werden, da Metawolframatlösungen farblos und klar durchsichtig sind.

Bei der Anwendung einer gesättigten wässrigen z. B. Natriummetawolframatlösung erhält man eine klare, durchsichtige Lösung mit einer Dichte von 3,1 g cm-³ bei Raumtemperatur. Ein Auskristallisieren ist nicht zu befürchten, da Alkali-/Erdalkalimetawolframatlösungen zu Übersättigungen neigen.

Uni nun gegebenenfalls die Dicfcsn dieser hornogenen, wässrigen Lösungen zu erhöhen, können aufgrund der günstigen Viskositäten von Alkali-Erdalkalimetawolframaten, zusätzliche Feststoffe wie z. B. Ferrosilizium, Galenit, Baryt oder aber Wolframcarbid, um nur einige zu nennen, hinzugesetzt werden. Diese sind alle mit Alkali- und Erdalkalinetawolframaten verträglich und können als Schwertrüben für die z. B. Sink- und Schwimm-Technik in hervorragender Weise benutzt werden. Ein schnelles Sedimentieren der Feststoffe ist nicht zu beobachten, da bereits hohe Dichten von 3,0 g cm-³ vorgelegt werden. Die Schwerstofftrüben sind relativ lange homogen, können für statische oder für kontinuierliche Verfahren angewandt werden, sie sind absolut ungiftig und damit sehr umweltfreundlich.

In der A b b. 5 ist die Dichte einer Schwertrübe aus &o einer gesättigten Natriummetawolframatlösung und Wolframcarbid als Funktion des Feststoffgehaltes angegeben. Wie der Abbildung zu entnehmen ist, wird z. B. bei einem Volumenanteil von 40% Wolframcarbid, eine Dichte von 4,6 g cm-^J erhalten. 6j

Da Zinkblende mit eiii-τ Dichte von 3.9—4,2 g cm-³ als Hauptträger von Zink und Bleiglanz mit einer Dichte von 7.4 — 7.6 g cm-³ in Bleierz-Mineralien meist zusammen auftreten, kommt diesen Erzen eine besondere Bedeutung Zl¹.

In der bisherigen Praxis wird das Rohgut in einer Korngröße von 8—50 mm zur Abtrennung der Gangart wie z. B. Kalkfeldspat und Dolomit durch Schwertrübetrennung in Schwimm-Sink-Anlagen getrennt Die Vortrennung wird mittels einer Schwertrübe, bestehend aus Wasser und Ferrosilizium in einem Dichtebereich von 2,6—2,9 g cm-³ durchgeführt Bei diesen Dichten schwimmt das wertstoffarme Mineral, während das wertstoffreiche Mineral zu Boden sedimentiert.

Der Nachteil dieses Verfahrens liegt in der Anwendung der heterogenen Schwertrübe, deren Lösungen keine konstanten Dichten aufweisen, da Schwerstoffe (hier Ferrosilizium) zur Sedimentation neigen. Ein ständiges Umwälzen der Trübe führt zu weniger guten Trennergebnissen, da kleinere Teilchen unter diesen Bedingungen weder floticren, noch sedimentieren können.

Um Dickten von 2,6—2,9 g cm-³ zu erhalten, müssen große Mengen an Feststoff mit deserter Korngröße hinzugesetzt werden. Dies macht zumir-dest eine teilweise Aufarbeitung dieses Materials notwendig.

Durch Anwendung von Alkali- bzw. Erdalkaümetawolframaten erhält man wässrige, homogene, klare Lösungen -nit niedriger Viskosität. Bei der erfindungsgemäßen Benutzung von z. B. Natriummetawolframatlösungen in der Schwimm-Sink-Anlage ist eine Trennung des genannten Beispiels Bleiglanz-Zinkblende/Gangart weitaus effektiver als nach dem Stand der Technik, da wesentlich kleinere Teilchen getrennt werden. Das gilt insbesondere dann, wenn eine Zentrifugalkraft beaufschlagt wird.

Da die Lösung unbegrenzt haltbar ist, ist eine Regeneration nicht notwendig.

Der Erfindungsgegenstand wird des weiteren anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert:

Beispiel 1

Auftrennungeines mit Gold versetzten

Quarzgemisches durch Verwendung einer wässrigen Natriummetawolframatlösung nach dem Prinzip des

Schwimrn-Sink-Verfahrens

Es werden 50 g Quarz einer Korngröße von etwa 0.2-0,7 mm mit 0,03 g Gold der Korngröße von etwa 0,1 -O^ mm versetzt. Vermittels eines automatischen Mischers wird ein Zufallsgemisch erhalten.

Dieses Gemisch wird zunächst mit Wasser aufgeschlämmt und sodai:n mit 25 ml Wasser versetzt. Anschließend wird portionsweise festes Natriummetawoli ramat zugesetzt. Um ein möglichst schnelles Aufsciiwiinnien des Quarzes zu erreichen, wird eine fast gesättigte Metawolframatkonzentration gewählt. Das am Boden befindliche Gold wird mit Wasser gewaschen, getrocknet und gewogen. Die Auswaage ergibt 0,028 g, das entspricht 93% der eingesetzten Menge.

Beispiel 2

Auftrennung eines mit Diamanten versetzten

SchwiiTiii-Sink-Verfahrens

Das Beispiel 1 wird mit den dort angegebenen Parametern wiederholt, wobei an die Stelle des Goldes drei Diamanten mit einem Gewicht von ie 0.2 e treten.

Gleichzeitig mit dem Aufschwimmen des Quarzes sedimentieren die Diamanten schlagartig ab. ohne daß es eines Schütteins des Gemisches bedarf.

Beispiel 3 Dichtetrennung eines Gemisches von Quarz und Sanidin in einer homogenen, wässrigen Natriummetawolframatlösung

Es wird ein Gemisch bestehend aus Quarz und Sanidin mit Korngrößen von 0,2—0,8 mm mit 10 ml H₂O in ein Becherglas überführt. Es wird portionsweise festes Natriummetawolframat hinzugesetzt. Nach kurzem Schütteln werden beide Minerale beobachtet. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis nach genügender Zugabe von Natriummetawoiframat der Quarz anfängt zu sedimentieren und Sanidin in Richtung Meniskus schwimmt. Nach erneutem Schütteln wird das gesamte Gemisch in einen Trichter gegeben. Dieser Trichter wird zuvor mit genau der Menge Quarz kalibriert, die im Gemisch vorhanden ist. Nach etwa I h kann durch Ablesen der Eichmarken die Menge Quarz ermittelt werden, die sich aus dem Gemisch trennt. Am Meniskus wird das aufgeschwommene Mineral entnommen, mit Wasser gewaschen, getrocknet und auf einer analytischen Waage gewogen. Die Ergebnisse sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen:

Gemisch bestehend aus	Dichte des Minerals g .cm"'	Auftrennung in g
8 g Quarz a _ ο :-i:_ L g OdIlIUIII	2.65 2,54-2,57	etwa 7,2 etwa i,7
	Beispiel 4

Vortrennung der Erzmetalle Bleiglanz und Zinkblende von deren Gangart Quarz und Feldspat durch das

Schwimm-Sink- Verfahren

Es werden 10 g eines Bleiglanzminerals mit erheblichen Beimengungen von Zinkblende (Abtragungsstätte Irland) zu Korngrößen von 0,2—13 mm gemahlen und zusätzlich mit 10 g Quarz mit Korngrößen von 0,2—1,0 mm versetzt. Dieses Gemisch wird mit 50 ml Wasser aufgeschlämmt und portionsweise mit festem Natriummetawolframat versetzt. Durch die ansteigende Dichte der Lösung schwimmen Quarz und Feldspat Es wird noch etwas Metawolframat zugesetzt und das gesamte Gemisch in einen Trichter überführt. Die Länge des Trichters ist 30 cm, wobei der Auslauf eine Länge von 20 cm und einen Durchmesser von 3 mm hat Es wird beobachtet, daß Bleiglanz mit einer Dichte von 7,2—7,6 g cm-³ sehr viel schneller sedimeniiert als Zinkblende mit einer Dichte von 33—4,2 g cm-³. Es entsteht zunächst eine Schicht aus reinem Bleiglanz und später eine solche aus fast reiner Zinkblende. Beide Sedimente sind infolge ihrer Farbunterschiede klar in der farblosen Metawolframatlösung zu unterscheiden.

Zur quantitativen Beurteilung der Trennung werden das aus Bleiglanz und Zinkblende bestehende Sediment und die aufgeschwommene Gangan gewaschen und ausgewogen. Die Werte ergeben eine praktisch vollständige Trennung.

Beispiel 5

Trennvorgänge der Beispiele 1 —4 mit Beaufschlagung einer Zentrifugalbeschleunigung

Es werden Anteile der zu trennenden Gemische der Beispiele 1 bis 4 in Zentrifugengläser überführt und in eine Laborzentrifuge gegeben.

Der Abstand von der Mitte der Zentrifugengläser bis ίο zum Rotormittelpunkt beträgt etwa 0,07 m. Die Rotorfrequenz wird auf etwa 500 min-' eingestellt (etwa 20-fachc Erdbeschleunigung).

Nach dem hier genannten Verfahren erfolgt eine Trennung der genannten Beispiele im Rahmen der experimentellen Genauigkeit, praktisch quantitativ.

Bei der Trennung von Sanidin und Quarz nach Beispiel 3 beträgt die notwendige Laufzeit maximal 25—30 Sekunden.

Bei größeren Dichteunterschieden der zu trennenden Stoffe, wie in den Beispielen 1,2 und 4, erfolgt die Trennung noch weitaus schneller.

Beispiel 6

Trennung eines Steinkohle/Schwefel/Pyrit Gemisches

Es werden 10 g gemahlene Steinkohle mit 0,5 g elementarem Schwefel und 0,5 g Pyrit in ein Becherglas überführt und mit etwas Wasser aufgeschlämmt. Die Korngrößen der Stoffe liegen bei etwa 0,05—0,1 mm. Nach portionsweisem Zusatz von Natriummetawolframat wird, wie bei den entsprechenden anderen Beispielen, eine Trennung der Steinkohle von Schwefel und Pyrit beobachtet. Während Steinkohle aufschwirrimi, sedimentieren Schwefel und Pyrit.

Durch Beaufschlagung einer Zentrifugalbeschleunigung von etwa der 20-fachen Erdbeschleunigung ist eine praktisch quantitative Trennung dieser Stoffe von Steinkohle innerhalb weniger Minuten erreicht.

Beispiel 7
Herstellung von Metawolframaten

Bei den Metawolframaten handelt es sich um Dodekawolframate der Formel

Me₆ ¹JH₂W₁₂O₄₀J bzw. Me₃ ¹¹IH₂W₁₂O₄₀)
(Me¹ = Alkalimetall; Me" = Erdalkalimetall).

Die Herstellung von Metawolframaten erfolgt in denkbar einfacher Weise durch Umsetzung von WoIframtrioxid mit Alkali- bzw. Erdalkalihydroxid. Zur Herstellung von z. B. Natriummetawolframat legt man eine konzentrierte Natriumhydroxidlösung vor und setzt derselben unter Rühren eine wässrige Wolframtrioxidsuspension zu. Nachdem die Suspension einige Stunden am Rückfluß gekocht ist wird filtriert eingeengt und auskristallisiert

Alkalimetall- und Erdaikaiimetaiimetawoiframate sowie deren wässrige Lösungen sind bei Raumtemperatur unbegrenzt haltbar.

Erfindungsgemäß können z. B. auch Manganoxid von silikatischer Gangart, Zinnstein von dessen Gangart

Schwefel von Lithopone, Magnesit von Dolomit/Kalkspat/Serpentin und Kaolin von Quarz und Feldspat getrennt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

20

30

35

40

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Schwerflüssigkeit zur Dichtetrennung von Feststoffgemischen, gekennzeichnet durch eine Alkali- und/oder Erdalkaklimetallmetawolframatlösung geeigneter Dichte.

2. Schwerflüssigkeit nach Anspruch 1 für das Trennen von Mineralien bzw. Erzen von deren Gangart, gekennzeichnet durch eine gesättigte Lösung mit einer Dichte von etwa 3,1 g cm~^J.

Kurz zusammengefaßt, ergeben sich doch viele Probleme, die sich letztlich nur durch Kompromisse ausräumen lassen.

Die folgende Tabelle gibt die wichtigsten Schwerstoffe in wässrigen Suspensionen an, die tür die Schwertrübetrennung angewandt werden: