DE3520570A1

DE3520570A1 - Setzverfahren und -vorrichtung zur dichtesortierung im fein- und feinstkornbereich

Info

Publication number: DE3520570A1
Application number: DE19853520570
Authority: DE
Inventors: Rolf 3392 Clausthal-Zellerfeld Gerstenberg; Klaus Prof. Dr.-Ing. Schönert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-06-07
Filing date: 1985-06-07
Publication date: 1986-12-11
Also published as: AU5789386A; AU589968B2; CA1271164A; US4772384A; IN165795B; DE3520570C2; ZA863841B

Description

Setzverfahren und -Vorrichtung zur Dichtesortierung im Fein- und Feinstkornbereich

Die Sortierung von Mineralgemischen in Setzmaschinen ist ein schon seit mehreren Jahrhunderten angewandtes Verfahren, das ökonomische Vorteile besitzt und keine Belastung der Umwelt mit sich bringt. Voraussetzungen für die Anwendbarkeit sind, daß sich erstens die Dichten der zu trennenden Materialien deutlich unterscheiden und zweitens die Kornspanne des zu verarbeitenden Gemisches (Setzguts) begrenzt ist. Unter der Kornspanne versteht man das Verhältnis von oberer Korngrenze zu unterer Korngrenze. Die Produkte der Setzmaschine bezeichnet man als Schwer-, Mittel- und Leichtgut; ersteres soll überwiegend aus den Partikeln der größten Dichte und letzteres überwiegend aus Partikeln der kleinsten Dichte bestehen. Im Mittelgut befinden sich die verwachsenen Partikeln, aber auch kleinere Schwergutbzw, größere Leichtgutpartikeln.

Das Setzverfahren wird im großen Umfange für die Aufbereitung von Rohkohle im Korngrößenbereich zwischen etwa einem Millimeter und etwa einem Dezimeter angewandt. Die verarbeitbaren Kornspannen liegen zwischen 1 : 10 und 1 : 20. Weitere Anwendungsbereiche sind die Aufbereitung von schweren Industriemineralen, Eisenerzen und Buntmetallerzen. Der heutige Stand der Technik ermöglicht das Sortieren von Mineralgemischen mit

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unteren Korngrenzen von etwa 0,5 bis 1 nun. In der Praxis werden auch Gemische mit feineren Anteilen aufgegeben; allerdings wird im Korngrößenbereich unterhalb der genannten Grenze kaum noch sortiert, sondern der Feingutanteil mehr oder weniger vollständig ins Leichtgut ausgebracht. Es entsteht ein entschlammtes Schwergutkonzentrat und gegebenenfalls ein entschlammtes Mittelgut.

Beim Setzverfahren wird das zu sortierende Setzgut/ das sich auf einem perforierten Boden, dem Set?:gutträger, befindet, von einem Medium, meist Wasser, periodisch auf- und abwärts durchströmt. Bei richtig eingestellten Strömungsgeschwindigkeiten ordnen sich die Partikel der größeren Dichte unten und jene der kleineren Dichte darüber an und werdem sp spertoert. Die periodische Durchströmung kann entweder dadurch erreicht werden, daß der Setzgutträger im Medium auf- und abbewegt wird oder dadurch, daß bei feststehendem Setzgutträger das Medium durch Kolben oder durch Luftdruck zu einer periodischen Auf- und Abwärtsbewegung angeregt wird.

Besteht das Setzgut überwiegend aus gröberem Material über einigen Millimetern, dann erfolgt der gesamte Austrag oberhalb des Setzgutträgers, wobei das Schwergut vom Leichtgut mittels geeigneter Vorrichtungen wie Schneiden oder Wehre getrennt wird. Bei überwiegend feinerem Material unterhalb von einigen Millimetern zieht man das Schwergut durch den Setzgutträger hindurch ab. Bei dieser Betriebsweise, die auch als Durchsetzen bezeichnet wird, befindet sich auf dem Setzgutträger eine Trägerschicht aus Partikeln, die größer und meistens auch spezifisch schwerer als jene des Setzgutes sind, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. üblich verwendet man Trägerschichten aus Feldspatpartikeln in Setzmaschinen für Kohle, und solche aus Stahlkugeln, Stahlgraupen, Magnetit oder ähnlichen Materialien in Setzmaschinen für Erze. Die Trägerschicht hat vor allem den Zweck, Setzgutträger mit Öffnungen einbauen zu können, die wesentlich größer sind als die gröbsten Partikeln

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im Setzgut. Die Poren in der Trägerschicht müssen so groß sein, daß auch die gröbsten Partikeln des Schwergutes hindurchgehen. Beim Betreiben dieser Art von Setzmaschinen beachtet man aber, daß nach Ausbringen des Schwergutes auch die Partikeln kleinerer Dichte, also Leichtgutpartikeln und verwachsene Partikeln nach unten durch den Setzgutträger und die Trägerschicht ausgetragen werden, weil die Trägerschicht keine dichtesensitive Sperrwirkung besitzt.

Die bekannten Setzmaschinen mit Trägerschichten können deshalb Mineralgemische im Feinkornbereich mit oberen Korngrenzen zwischen etwa 300 μπι und etwa 1 mm nur im ungenügenden Maße sortieren; es lassen sich bei großem Ausbringen nicht hochgradige Konzentrate erzeugen. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Setzgut eine größere Kornspanne besitzt. Meistens ist nur eine Vorkonzentrierung möglich. Mineralgemische im Feinstkornbereich mit oberen Korngrenzen zwischen etwa 50 μπι und etwa * 300 um können bisher praktisch überhaupt nicht duch Setzen sortiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anwendung des preiswerten und umweltfreundlichen Setzverfahrens zur Gewinnung hochgradiger Konzentrate bei gleichzeitig großem Ausbringen in den obengenannten Fein- und Feinstkornbereich hinein zu erweitern. Die verarbeitbaren Kornspannen sollen möglichst breit und der Massendurchsatz möglichst groß sein. Außerdem sind Setzvorrichtungen zur Durchführung des neuen Setzverfahrens anzugeben.

Verfahren und Vorrichtung, die diese Aufgabe lösen, sind in den Patentansprüchen gekenzeichnet.

Die Erfindung sieht vor, daß, siehe auch Fig. 2, eine Filterschicht 4 aus Partikeln entsprechend der nachstehenden Spezifikation auf einem im Setzgutkasten 1 angeordneten Setzgutträger 2 bzw. einer auf diesem angeordneten Trägerschicht 3 vorgesehen wird und die Betriebsbedingungen entsprechend der nachstehenden

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Anweisungen eingestellt werden. Diese Filterschicht 4 unterhalb des Setzgutbetts 5 erlangt bei Beachtung dieser Vorschrift eine dichtesensitive Sperrwirkung für Leichtgut.

Die Spezifikation für die Filterschicht und die Betriebsbedingungen sind folgende.

1. Die Filterschicht 4 besteht aus Partikeln, deren Dichte in etwa so groß ist wie jene des Schwergutes und deren Größe im Bereich des 1,2-fachen bis 2,5-fachen der oberen Korngrenze des Setzgutes liegt und eine Höhe H von mindestens zweimal der mittleren Pariikelgröße der FilterSchichtpartikeln hat.

2. Vor Beginn des Setzprozesses wird das Setzgut so geschichtet, daß die feineren Partikel des spezifisch leichteren Materials hauptsächlich in den oberen Teil des Setzbettes gebracht sind.

3. Die periodische Anströmung der Schichten im Setzkasten wird so eingestellt, daß während des Aufhubes die Filterschicht 4 auf eine Porosität zwischen 60 % und 70 % aufgelockert wird und daß die Hubhöhe zwischen 50 % und 200 % der Filterschichthöhe liegt.

Vor Beginn des Setzprozesses wird das Setzgut so geschichtet, daß die feineren Partikel des spezifisch leichteren Materials hauptsächlich in den oberen Teil des Setzbettes gebracht werden. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, daß die Filterschicht und das darüber befindliche Setzgut kurzfristig mit einem Aufstrom durchströmt wird, dessen Aufströmgeschwindigkeiten ausreichen, um die Filterschicht auf eine Porosität zwischen 60 % und 80 % aufzulockern. Diese Schichtung kann auch dadurch erreicht werden, daß das Setzgut aus einer genügend großen Höhe in den Setzgutkasten bzw. auf die Filterschicht aufgegeben wird, so daß sich die gewünschte Schichtung beim Sedimentieren im Medium einstellt.

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Bei Beachtung dieser drei Vorschriften verhält sich die Filterschicht überraschenderweise dichtesensitiv, d.h. nur die Schwergutpartikeln können diese passieren. Die optimalen Einstellungen der Betriebsbedingungen innerhalb der oben angegebenen Grenzen, die durch einfache orientierende Versuche aufgefunden werden^ richtet sich nach der granulometrischen und densitometrisehen Zusammensetzung des Setzgutes. Die granulometrische Zusammensetzung wird durch die Kornspanne <^x _max/^x _ma ) und die densitometrisehe Zusammensetzung durch den Dichtedifferenzen-Quotient Q * (/5g- />_f) / ipjfPf) charakterisiert; hierbei bedeuten p_s, p. und p_f die Dichten des Schwergutes bzw. des Leichtgutes bzw. des Mediums.

Typische Beispiele für optimale Einstellungen und für erreichbare Ergebnisse sind folgende: ·

Beispiel 1

Setzgut Eisenerz: Dichtedifferenzen-Quotient Q = 2,5; obere Korngröße χ = 630 μΐη; Kornspanne 1 : 10; eine Trägerschicht auf dem Setzgutträger besteht aus spezifisch schweren Partikeln von 1,6 bis 3,5 mm Durchmesser; die Filterschicht besteht aus Magnetitpartikeln zwischen 800 und 1000 μΐη; die Filterschichthöhe H liegt zwischen 0,2 bis 4,5 mm; die Setzbetthöhe H ist auf einen Wert zwischen 30 bis 60 mm eingestellt; das Setzhubdiagramm ist sinusförmig; die Porosität der Filterschicht beträgt während des Aufhubs 60 % bis 70 % bei einer Frequenz η zwischen 240 und 750 min; die Hubhöhe h liegt zwischen 5,1 und 1,6 mm; es wird ein Schwergutausbringen von 90 % erreicht; der Magnetitgehalt ist besser als 95 Vol.-%.

Beispiel 2

Setzgut Eisenerz: Dichtedifferenzen-Quotient Q = 2,5; obere Korngrenze χ = 200 μπι; Kornspanne 1 : 10; die Filterschicht

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besteht aus Magnetitpartikeln zwischen 320 bis 400 um; die Filterschichthöhe H_ liegt zwischen 0,5 bis 2,5 mm; die Setz-

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betthöhe H ist auf einen Wert zwischen 5 und 10 mm eingestellt; das Setzhubdiagramm ist sinusförmig; die Porosität der Filterschicht beträgt während des Aufhubs 60 % bis 70 % bei einer Frequenz η zwischen 700 und 1300/min; die Hubhöhe h liegt zwischen 0,3 und 0,8 mm; es wird ein Schwergutausbringen von 90 % erreicht; der Magnetitgehalt ist besser als 95 Vol.-%.

Beispiel 3

Rohkohle: Dichtedifferenzen-Quotient Q = 4,0; obere Korngrenze χ = 1000 μπι; Kornspanne 1 : 20; die Filterschicht besteht

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aus Quarzpartikeln zwischen 1250 bis 1600 μπι; die Filterschichthöhe H_ liegt zwischen 2,5 bis 6 mm; die Setzbetthöhe H ist auf einen Wert zwischen 30 bis 80 mm eingestellt; das Hubdiagramm ist sinusförmig; die Porosität der Filterschicht beträgt während des Aufhubs 60 % bis 70 % bei einer Frequenz η zwischen 150 und 300/min; die Hubhöhe h liegt zwischen 2,5 und 9 mm; es wird ein Schwergutausbringen von 90 % erreicht; der Quarzgehalt ist besser als 95 Vol.-%.

Neben den außerordentlich guten Werten von Ausbringen und Gehalten sind auch die erreichbaren Durchsatzkapazitäten beachtlich. Der flächenbezogene Massenstrom des Schwergutes durch den Setzgutträger erreicht 3 bis 4 t/h m² im Beispiel 1, 0,4 bis 0,5 t/h m² im Beispiel 2 und 1,5 bis 3 t/h m² im Beispiel 3. Im Vergleich dazu erreicht eine sogenannte Schlamrnsetzmaschine für Kohle bei Aufgabe einer Rohkohle mit einer oberen Konrgrenze von 3 mm nur Werte von 0,6 bis 0,9 t/h m². Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren würden sich mindestens 3 bis 6 t/h m² erreichen lassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Setzvorrichtungen gemäß den Patentansprüchen durchgeführt werden, die entweder satzweise oder im Durchlaufbetrieb arbeiten. Zwei Ausführungsformen sind im folgenden beschrieben. Beiden ist gemeinsam, daß der Transport des Setzgutes von der Aufgabe zum Austrag durch eine

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vertikale Bewegung des Setzgutträgers erfolgt und nicht durch Strömungskräfte.

Zwei Ausführungsbeispiele einer Setzvorrichtung nach der Erfindung sind anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:

Fig. 3 eine schematische Längs-Querschnittsansicht einer Linear-Setzmaschine,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Setzmaschine nach Fig. 3,

Fig. 5 einen Teilquerschnitt durch eine Leichtgut-Austragvorrichtung für eine Setzmaschine,

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine nur schematisch dargestellte Zirkular-Setzmaschine,

Fig. 7 eine Schrägansicht einer Zirkular-Setzmaschine, teilweise weggeschnitten, und

Fig. 8 einen axialen Querschnitt durch eine Hälfte der Setzmaschine nach Fig. 7, auf deren Setzgutträger sich eine Filterschicht und ein Setzgutbett befinden.

Eine Linear-Setzmaschine 10 nach Fig. 3 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt in an sich bekannter Weise einen Setzgutkasten 1 mit rechteckigem Grundriß, der in einem mit nicht dargestelltem Wasser-Zu- und -Ablauf versehenen Unterwassertrog 12 horizontal hin- und herverfahrbar ist. Die Setzmaschine 10 arbeitet periodisch in zwei Takten. Der Arbeitstakt beginnt, wenn sich der Setzgutkasten in der in Fig. linken Stellung befindet, und der Rückfahrtakt nach Austrag der Leichtgutschicht, wenn der Setzgutkasten die rechte Endstellung erreicht hat. Der unterwassertrog 12 besteht aus drei Abschnit-

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ten, dem Vorlaufabschnitt 13 links, dem Arbeitsabschnitt 14 in der Mitte und dem Auslaufabschnitt 15 rechts. Im Arbeitsabschnitt 14 befinden sich eine Aufströmflachstrahldüse 16 am linken Rand sowie sich daran anschließend mehrere Pulskammern 17a, 17b und 17c, Die periodische Erregung des Wassers erfolgt mittels seitlich an den Unterwassertrog 12 angesetzten Pulsatoren 18a, 18b und 18c, sh. die Draufsicht Fig. 4, deren Frequenzen und Hübe unterschiedlich eingestellt werden können. Das Setzgut wird über eine Aufgabevorrichtung 19 mit einem Trichter 19' und einer Rutsche 19" zu Beginn des Arbeitsabschnitts 14 nach anfänglichem Aufbringen einer Filterschicht 4 auf den Setzgutträger 2 aufgegeben. Die Vorschichtung der Schichten erfolgt beim Passieren der Aufströmflachstrahldüse 16 und die Sortierung des Setzgutes beim Passieren der Pulskammern 17a, 17b und 17c. Um eine gleichmäßige Anströmung des Setzgutträgers 2 zu gewährleisten, sind gegebenenfalls unter ihm Strömungsgleichrichter 20 angebracht, die entweder am Setzgutträger 2 oder in den Pulskammern befestigt sind. Das durchgesetzte Schwergut wird unten ausgetragen, z.B. über Zellenradschleuse^ 21 und durch Schnecken, die das Schwergut auf eine Rutsche 21" abgeben. Zur Abnahme des Leichtgutes dient eine Leichtgut-Austragvorrichtung 22 in Form einer Absaugvorrichtung. Sie kann gegebenenfalls mit einer Schneide 23, sh. Fig. 5, ausgerüstet sein, um eine vorgegebene Schichthöhe im Setzgutkasten 1 aufrechtzuerhalten. Hierbei kann es sinnvoll sein, eine dünne Schicht Leichtgut über der Filterschicht 4 zu belassen. Hinter der Leichtgut-Austragvorrichtung 22 befindet sich eine zweite Austragvorrichtung 24 in Form einer Absaugvorrichtung, mit der, wenn notwendig, die Filterschicht 4 ausgebracht werden kann, um sie vor einer erneuten Aufgabe reinigen zu können. Die Rückfahrt des Setzgutkastens 1 in die linke Ausgangsstellung kann schneller als die Vor- oder Arbeitsfahrt erfolgen.

Mit einer Zirkular- oder Karusell-Setzmaschine, wie sie in den Fig. 6, 7 und 8 dargestellt ist, wird ein voll kontinuierlicher

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Betrieb ermöglicht. Aufbau und Arbeitsweise dieser Setzmaschine folgen unmittelbar aus der Beschreibung der Linear-Setzmaschine. Der Setzkasten 1 ist bei dieser Setzmaschine 30 kreisringförmig ausgebildet und ist drehbar in einem zylindrischen Unterwassertrog 12 gelagert. Unter dem Setzkasten 1 bzw. unter dem siebförmigen Setzgutträger 2 befinden sich ein Arbeitsabschnitt 14, sh. Fig. 6, Strömungsgleichrichter 20 in Form radialer Lamellen, sh. Fig. 7. Dort sind auch innerhalb eines mittigen zylindrischen Gehäuses 25 die Pulsatoren seitlich der Innenwand des Setzgutkastens 1 untergebracht, von denen der Pulsator 18a erkennbar ist, der einer Pulkammer 17a zugeordnet ist.

Bei der Zirkular-Setzmaschine lassen sich auch zwei oder mehrere Arbeitsabschnitte vorsehen, die entweder parallel oder hintereinandergeschaltet werden können. Die Paralelschaltung dient zur Erhöhung des Durchsatzes, wobei die Setzmaschine mit größerem Durchmesser ausgebildet ist. Bei einer Reihenschaltung kann eine Vorkonzentration mit einer Nachreinigung verknüpft werden.

Der in Fig. 7 dargestellte Unterwassertrog 12 ist, wie Fig. 8 entnehmbar ist, nach unten im Bereich der Pulskammern trichterförmig verlängert, so daß das Schwergut mittels Zellenradschleusen 21 ausgetragen werden kann.

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Claims

Ansprüche :

1. Setzverfahren zur Dichtesortierung von Setzgut im Fein- und Feinstkornbereich durch periodisches vertikales Anströmen von unten nach oben in Schwergut, das durch einen Setzgutträger abgezogen wird, und Leichtgut, das oberhalb des Setzgutträgers abgezogen wird,

dadurch gekennzeichnet , daß unterhalb des Setzgutbetts eine Filterschicht bestehend aus Partikeln, deren Dichte etwa so groß ist wie jene des Schwergutes und deren Größe im Bereich des 1,3- bis 2,5-fachen der oberen Korngrenze des Setzguts liegt und die eine Höhe von mindestens zweimal der mittleren Partikelgröße der Filterschichtpartikeln hat, eingebracht wird, daß zum Setzen zunächst das Setzbett so geschichtet wird, daß die feineren Partikeln des spezifisch leichteren Materials hauptsächlich in den oberen Teil des Setzbettes gebracht werden, und daß während des Setzens das periodische Anströmen derart erfolgt bzw. hin- I sichtlich der Frequenz so eingestellt wird, daß die Filterschicht durch den Aufhub eine Porosität zwischen 60 % und 70 % j annimmt, und die Hubhöhe zwischen 50 % und 200 % der Filterschichthöhe beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß vor dem Setzen die Filterschicht und das Setzgutbett zunächst mit einem Aufstrom durchströmt wird, der die Filterschicht auf eine Porosität zwischen 60 % und 80 % auflockert.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daB das Setzgut ohne Zusatzwasser von unten, seitlich oder von oben transportiert wird.

4. Setzvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Setzgutträger und Pulskammern zur Erzeugung einer periodischen Medium-Strömung durch den Setzgutträger nach oben sowie einer Aufgabevorrichtung für Setzgut und eine Austragvorrichtung für Leichtgut,

dadurch gekennzeichnet , daß der Setzgutträger (2) von der Aufgabevorrichtung (19) für das Setzgut durch einen Arbeitsabschnitt (14) zu der Austragvorrichtung (22) für das Leichtgut mittels einer linearen oder Zirkularen Horizontalbewegung und zurück zur Aufgabevorrichtung (19) bewegbar ist, dem Arbeitsabschnitt (14) ein Vorlaufabschnitt (13) mit einer Aufgabevorrichtung für eine Filterschicht (4) vorgeordnet und zwischen dieser und dem Arbeitsabschnitt (14) mit den Pulskammern (17a, 17b, 17c) eine Aufströmflachstrahldüse (16) angeordnet ist.

5. Setzvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet , daß bei zirkularer Horizontalbewegung des Setzgutträgers (12) der Setzgutkasten (1) die Form einer Kreisrinne aufweist, die karusellartige drehbar ist, und längs deren Umfang die Aufgabevorrichtung (19) für das Setzgut, die Aufströmflachstrahldüse (16), die Pulskammern (17a, 17b, 17c) sowie die Austragvorrichtung (22) für das Leichtgut angeordnet sind.

6. Setzvorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet , daß mehr als ein Arbeitsabschnitt (14) längs des Umfanges vorgesehen ist und diese parallel oder hintereinandergeschaltet werden können.

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7. Setzvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Austragvorrichtung (22) für das Leichtgut eine Austragvorrichtung (23) für die Filterschicht (4) vorge sehen ist.