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Setzverfahren zum Trennen eines Feinkorn-Gemenges
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nach der Partikeldichte Die Erfindung betrifft ein Setzverfahren
zum Trennen (Sortieren) eines Feinkorn-Gemenges bzw. -Gemisches (Setzgut) nach der
Partikeldichte, insbesondere gergmännisch gewonnenes Metallerz, bei dem das auf
einem Setzgutträger frei aufliegende Setzgut einer periodischen Relativbewegung
zu einer Setzflüssigkeit durch periodische Anströmung ausgesetzt wird, bis die spezifisch
schweren Partikeln von den spezifisch leichten Partikeln abgetrennt sind.
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Ein aus Partikeln verschiedener Größe und Dichte zusammengesetztes
Gemenge (Gemisch) läßt sich mittels eines Naß-Setzverfahrens in Teilgemenge zerlegen,
in denen jeweils Partikeln gleicher Dichte überwiegend enthalten sind. Ein solches
Setzverfahren (Setzarbeit) wird zum Abtrennen mineralischer Wertstoffe, wie z.B.
Steinkohle und Metallerze, aus einem bergmännisch gewonnenen Fördergemenge eingesetzt.
Das derartige Gemenge bzw. das Setzgzut wird hierzu auf einen Setzgutträger aufgebracht
und eine periodische Relativbewegung zur Setzflüssigkeit erzeugt. Dabei wird im
allgemeinen entweder der Setzgutträger zusammen mit dem Setzgut in der Setzflüssigkeit,
meist Wasser, periodisch auf- und abbewegt, oder bei feststehendem
Setzgutträger
das Gemenge auf ihm periodisch von der Setzflüssigkeit durchströmt. Moderne Setzverfahren
arbeiten fast immer mit einem feststehenden Setzgutträger.
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Das Trennen gelingt nur bei genauer Abstimmung von Amplitude und Frequenz
der Relativbewegung auf die Größen und Dichten der Partikeln des Setzgutes und auf
die Schichthöhe des Setzgutbettes. Die verarbeitbare Kornspanne des eingebrachten
Setzguts - darunter versteht man das Verhältnis aus maximaler Partikelgröße der
spezifisch leichtesten Partikeln zur minimalen Partikelgröße der spezifisch schwersten
Partikeln - ist prinzipiell begrenzt und hängt von den Dichten der Partikeln und
deren absoluten Größen bzw. den Dichteunterschieden ab.
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Das Trennen nach der Partikeldichte erweist sich also umso schwieriger
je kleiner die Partikeln sind und je geringer der Dichteunterschied ist.
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Die Schichthöhe des Setzgutbettes richtet sich nach der Partikelgröße.
Beim Sortieren von Grobgut mit Partikelgrößen zwischen 10 und 100 mm arbeitet man
mit Schichthöhen zwischen 300 und 500 mm. Bei der Feinkorn-Sortierung liegen die
Schichthöhen zwischen 50 und 250 mm wenn die Partikelgrößen unterhalb 1 mm liegen.
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Grobkorn-Setzmaschinen für Kohle, deren Partikelgrößen zwischen 10
und 100 mm liegen, arbeiten mit Frequenzen von ca. 0,3 bis l/s, Amplituden von ca.
30 bis 70 mm (der Hub ist doppelt so groß) bei Setzgut-Betthöhen von 300 bis 500
mm.
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Dabei hat man die Frequenz und die Amplitude so aufeinander abgestimmt,
daß sich das ganze Setzgutbett vom Setzgutträger abhebt und sich mittlere Porositäten
von über 80 % ergeben, um so die Trennung zu begünstigen. Der zeitliche Verlauf
des Auf- und Abhubes erfolgt vorzugsweise derart, daß sich eine kurze Aufhubdauer
und eine lange Abhubdauer ergibt.
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Bei Feinkorn-Setzmaschinen für Kohle, deren Partikelngröße zwischen
0,3 und 5 mm liegen, werden Frequenzen von ca. 1,5 bis 3/s, Amplituden von ca. 10
bis 30 mm bei Setzgut-Betthöhen von ca. 100 bis 200 mm eingestellt. Bei manchen
Feinkorn-Setzmaschinen überlagert man der periodischen Anströmung noch eine höherfrequente
Anströmung mit kleinerer Amplitude, um das Trennergebnis zu verbessern. Auch im
Feinkornbereich wählte man die Betthöhe so, daß sich das Setzgutbett möglichst weit
ausdehnt, also eine hohe Porosität von über 80 % annimmt, damit die leichten, meist
größeren, Partikeln gut aufsteigen.
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Im Lehrbuch von H. Schubert "Aufbereitung fester mineralischer Rohstoffe",
Band II, 1978, 2. Auflage, ist auf Seite 68 ein Diagramm angegeben, aus dem die
in der Praxis bei der Erzaufbereitung durch Setzverfahren eingestellten Frequenzen
in Abhängigkeit von der Amplitude bzw. des Hubes abzulesen sind.
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Mit abnehmender Amplitude bzw. Hub wird mit zunehmender Frequenzen
gearbeitet. Es ergeben sich z.B. bei einer Amplitude von 10 mm bzw. einem Hub von
20 mm Frequenzen von 2 bis 4/s und bei einer Amplitude von 2,5 mm bzw. einem Hub
von 5 mm Frequenzen von 5 bis 7/s. Auf Seite 80 dieses Lehrbuchs wird eine empirische
Beziehung für den Hub h in Abhängigkeit von der maximalen Partikelgröße d in Millimetern
angegeben. Diese lautet: h = 8,1 d 0,6 Für d = 1 mm ergibt sich ein Hub von 8,1
mm und eine Frequenz 0 zwischen 3 und 5/s.
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Ubliche Feinkorn-Setzmaschinen sind oft so konstruiert, daß noch höhere
Frequenzen eingestellt werden können und zwar bis zu 12/s. Es gibt auch hier Setzmaschinen,
bei denen der Grundfrequenz noch höherfrequente Anströmungen mit kleineren Amplituden
überlagert werden. Das ist bei den sogenannten Doppelpuls-Maschinen der Fall. Dies
soll wieder zur weiteren Verbesserung des Trennergebnisses führen. Diese Maßnahmen
verteuern die Durchführung des Verfahrens und die Setzmaschinen.
Bei
bekannten Setzverfahren wird teilweise mit einer Frequenz der periodischen Anströmung
gearbeitet, die derart eingestellt ist, daß die Anströmgeschwindigkeit des Setzgutträgers
etwa 5 bis 10 % der Sinkgeschwindigkeit der Partikeln mittlerer Größe und mittlerer
Dichte beträgt.
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Stand der Technik ist also, daß mit abnehmender Partikelgröße eine
höhere Frequenz sowie eine kleinere Amplitude und eine geringere Setzgut-Betthöhe
gewählt werden.
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Bei den bekannten Einstellungen der Setzverfahren wird es als nachteilig
empfunden, daß im Feinkornbereich, also für Partikelgrößen unterhalb ca. 1 bis 5
mm, nicht die von anderen Trennverfahren bekannte hohe Trenngüte erzielbar ist.
Außerdem befriedigt der erzielbare spezifische Massendurchsatz nicht voll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Trennen des Gemenges
nach der Partikeldichte im Feinkornbereich (Sortieren) hinsichtlich Trenngüte und
spezifischem Massendurchsatz zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei dem eingangs genannten
Verfahren, wenn die Frequenz der periodischen Anströmung derart eingestellt ist,
daß die Anströmgeschwindigkeit des Setzgutträgers etwa 5 bis 10 % der Sinkgeschwindigkeit
der Partikeln mittlerer Größe und mittlerer Dichte beträgt, vor, daß die Amplitude
derart mit der Setzgut-Betthöhe abgestimmt ist, daß eine gleichmäßige Auflockerung
des Setzguts, bei der dessen Porosität etwa 60 % beträgt, ohne daß es merklich vom
Setzgutträger abhebt, entsteht.
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Charakteristisch für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß im Gegensatz
zum Stand der Technik die periodische bzw. pulsierende Anströmung im Feinkornbereich
nicht mit kleiner Amplitude bzw. kleinem Hub sondern mit großer Amplitude bzw.
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großem Hub erfolgt, der sich nach der Betthöhe richtet und
nicht
nach der Größe der Partikeln mittlerer Größe und mittlerer Dichte. Mit abnehmender
Partikelgröße erfolgt die periodische Anströmung mit abnehmender anstatt mit zunehmender
Frequenz.
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Wie ausgeführt, richtet sich die Amplitude hauptsächlich nach der
Setzgut-Betthöhe und nicht nach der Partikelgröße. Sie soll vorzugsweise auf 5 bis
15 %, insbes. 8 bis 12 %, der Setzgut-Betthöhe eingestellt werden.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß ein Setzgut-Träger verwendet wird, an dem der Strömungs-Druckabfall von mindestens
gleicher Größe wie der am Setzgutbett~~ist. Auf diese Weise läßt sich ein besonders
hoher Massendurchsatz bei bester Trenngüte erzielen.
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Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Anströmgeschwindigkeit
während des größten Teils des Aufhubes annäherend konstant und die Aufhubdauer länger
als die Abhubdauer ist.
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Das Naß-Setzverfahren nach Erfindung ergibt für die Feinkorntrennung
von Eisenerz, für das es besonders geeignet ist, mit maximalen Partikelgrößen von
etwa 1 mm bei einer Setzgut-Betthöhe von 50 mm optimale Trennergebnisse bei einem
Hub von 10 mm bzw. einer Amplitude von 20 mm und einer Frequenz von 0,5 bis l/s.
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Die erfindungsgemäße Amplituden-Bedingung führt dazu, daß bei Einhaltung
der Frequenzbedingung mit Frequenzen gearbeitet wird, die um den Faktor 3 bis 10
kleiner sind als nach dem Diagramm der Seite 68 des Lehrbuchs von Schubert.