DE3912869C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydroseparator zur Trennung von Feststoffen mit Hilfe unterschiedlicher Dichte, bzw. Korngröße einer unter Ausnutzung der Schwerkraft.

Die steigenden Anforderungen an die Ökologie, eine ständige Verteuerung der Elektroenergie und ein Mangel an Wasservorräten in Gebieten, wo Bodenschätze gewonnen werden, erlauben es nicht, bezüglich der Aufbereitungsverfahren mineralischer Rohstoffe genau zu differenzieren. In diesem Sinne sind Aufbereitungsverfahren unter Ausnutzung der Schwerkraft konkurrenzlos.

Bekannte Separatoren für die Schwerkraftaufbereitung sind Setzmaschinen, Anreicherungsherde und Rinnenwäschen, die jedoch alle eine geringe Leistungscharakteristik aufweisen, wobei die beiden Erstgenannten eine erhebliche Menge an Wasser und Elektroenergie verbrauchen.

Gegenwärtig besteht somit das Problem, prinzipiell neue Separatoren zu entwickeln, die einen hohen Grad der Trennung von Mineralienteilchen bei minimalem Verbrauch an Wasser und Elektroenergie gewährleisten.

Die Wirkungsweise der meisten Separatoren beruht darauf, daß ein Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten des freien Falls und der begrenzten Bewegung der Teilchen eines Trennguts mit unterschiedlicher Masse in einer Flüssigkeit, z. B. in Wasser oder in einer Trübe, besteht. Dabei wird das Trenngut verschiedenen Störeinwirkungen, z. B. Schwingungen oder Vibrationen in verschiedenen Ebenen, Pulsationen u.a. ausgesetzt.

Derartige Störeinwirkungen, denen ein kontinuierlich fließender Trübestrom örtlich in einem begrenzten Raum auf einem kurzen Abschnitt ausgesetzt wird, ermöglichen es, massive Teilchen (große Goldteilchen, Platin-, Wismut-, Wolfram- und Zinnmineralien) als Schwergut erfolgreich abzuscheiden. Jedoch werden feinere Teilchen von 5 bis 500 µm, darunter auch besonders feine Teilchen (5 bis 40 µm) im Schwergut nicht konzentriert, und gehen als Leichtgut unwiederbringlich verloren. Die Konzentrierung derartig feiner Teilchen ist in bekannten Separatoren überhaupt nicht möglich.

Aus der GB-A-21 64 589 ist ein Hydroseparator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt.

In diesem bekannten Hydroseparator ist die Bildung von mehreren aufeinanderfolgenden turbulenten Zonen vorgesehen, in denen eine Trennung des Schwer- und Leichtguts erfolgt. Die feineren Teilchen des Schwerguts haben wegen der erhöhten Turbulenz nicht die Zeit, den Boden des Hydroseparators zu erreichen, und sie werden zusammen mit dem Leichtgut ausgetragen. Hier besteht keine Möglichkeit, den Strömungszustand bei der Trennung des aufzubereitenden Gutes zu optimieren, insbesondere nicht einen Trübestrom mit örtlicher Turbulenz zu erzeugen, der allmählich in eine laminare Strömung übergeht, die von einem sogenannten Wandeffekt begleitet wird. Mit dem bekannten Hydroseparator gelingt es nicht, einen hohen Konzentrationsgrad der Teilchen des Schwerguts im Trennraum und im Austragstutzen für Schwergut zu erreichen und den Konzentrationsgrad der Teilchen des Schwerguts während der Aufbereitung verschiedener mineralischer Rohstoffe zu regeln.

Aus der DE-OS 34 40 108 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sortieren von mineralischen Stoffen unterschiedlicher Dichte in wenigstens drei Dichtefraktionen bekannt. Die Vorrichtung weist einen Zyklon mit zylindrischem Oberteil und konischem Unterteil auf, wobei im Oberteil eine tangentiale Zuführungsöffnung vorgesehen ist, durch die die mineralischen Stoffe und die Schwertrübe gemeinsam in den Zyklon eingeführt werden. Das Leichtgut wird durch eine Auslaßöffnung im zylindrischen Oberteil und das Mittel sowie das Schwergut durch konisch zulaufende zentriert ineinander angeordnete Austragsdüsen in der Spitze des konischen Unterteils ausgetragen. Diese Vorrichtung weist alle Nachteile der typischen Zyklone auf, nämlich daß die gemeinsame Verwirbelung von Mineralien und Trübe eine vollständige Trennung in Leicht-, Mittel- und Schwergut nicht gewährleistet.

Aus der DE-OS 27 47 192 ist ein dynamischer Schwertrübeabscheider bekannt, der mit einem zylindrischen Abscheidebehälter mit einem axialen Auslaß für leichteres Gut und einen in der zylindrischen Wand ausgeführten Auslaß für schwereres Gut und einem in der zylindrischen Wand ausgeführten Einlaß für eine Schwertrübe und für das abzuscheidende Material gemeinsam oder nur für die Schwertrübe versehen ist, wobei dann das abzuscheidende Material durch einen axialen Einlaß zugeführt wird. Die in der zylindrischen Wand ausgeführten Aus- und Einlässe weisen die Gestalt eines sich schraubenlinienförmig um den Abscheidebehälter erstreckende evolventenförmigen Verbindungsteils mit einer rechteckigen oder elliptischen Öffnung auf. Die Trennung in Leicht- und Schwergut erfolgt in sich drehbaren Strömungen. Aufgrund der Zentrifugal­ kraft werden die schweren Teilchen im wandnahen Bereich ange­ reichert und dort ausgetragen, wohingegen die leichteren Teil­ chen zentral abgeleitet werden. Durch die sich drehenden Strömungen und die Anordnung der Ein- und Auslässe erfolgt nur eine grobe Trennung, die nicht frei von Bewegungen der jeweils anderen Fraktion ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hydroseparator dahingehend zu verbessern, daß der Konzentrationsgrad der Teilchen des Schwerguts eines zu behandelnden Guts im Trennraum und im Austragstutzen für das Schwergut erhöht und die Qualität des Schwerguts in Abhängigkeit von den Anforderungen an die Qualität des Endproduktes und an die Mittel zur Bearbeitung des zu behandelnden Guts geregelt werden kann, wodurch auch die Wirksamkeit der Trennung des zu behandelnden Guts in Leicht- und Schwergut verbessert wird.

Die Aufgabe wird durch einen Hydroseparator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Verwendung des Hydroseparators gestattet es, den Konzentrationsgrad der Teilchen des Schwerguts des zu behandelnden Guts zu erhöhen sowie die Qualität des Schwerguts zu regeln.

Vorteilhafterweise liegt das Flächenverhältnis der Querschnitte des Trennraums und des Gehäuses in einem Bereich von 1 : 1 bis 3 : 1.

Vorzugsweise liegt das Verhältnis der Länge des Gehäuses zur Länge des Trennraums in einem Bereich von 3 : 1 bis 10 : 1.

Es ist vorteilhaft, den zweiten Einlaufstutzen für das Trennmedium am Austragstutzen für das Schwergut tangential zu diesem Austragstutzen anzubringen.

Es ist ferner vorteilhaft, daß der Austragstutzen für das Schwergut mit einem Deckel mit einer Kalibrieröffnung versehen ist.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Hydroseparators gestattet es, eine gedrängte Anlage in Modulbauweise zur Aufbereitung von Mineralien in einem Korngrößenbereich von 5 bis 500 µm in einem kontinuierlichen Betrieb zu schaffen, wobei sich die Dichte des zu behandelndes Gutes in einem weiten Bereich von 10 bis 80 g/cm³ ändern kann. Der Konzentrationsgrad der Teilchen im Hydroseparator kann den Wert 80 g/cm³ erreichen, während seines Betriebs wird die Umgebung nicht verschmutzt, und er verbraucht eine minimale Wassermenge, die zudem wiederverwendbar ist. Der erfindungsgemäße Hydroseparator verbraucht keine Elektroenergie, oder sein Bedarf an Elektroenergie ist minimal. Der erforderliche Druck bei der Aufgabe des zu behandelnden Guts ins Gehäuse des Hydroseparators liegt in einem Bereich von 1×10⁴ bis 3×10⁴ Pa.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand einer konkreten Ausführungsform unter Bezug auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Hydroseparator im Längsschnitt;

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie II-II in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Der erfindungsgemäße Hydroseparator enthält ein Hohlgehäuse 1 (Fig. 1) von länglicher Form mit einer Längsachse 2, das unter einem Neigungswinkel γ zur horizontalen Ebene angeordnet ist. Die Größe des Winkels γ wird im Bereich von 30 bis 85° gewählt.

Desweiteren enthält er einen Trennraum 3, der mit dem unteren Teil des Gehäuses 1 verbunden und zur Längsachse 2 des Gehäuses 1 gleichachsig angeordnet ist, wobei die Hohlräume des Trennraums 3 und des Gehäuses 1 miteinander in Verbindung stehen.

Der Trennraum 3 ist mit einem Einlaufstutzen 4 für das zu behandelnde Gut, der zur Längsachse 2 des Gehäuses 1 gleichachsig angeordnet ist, einem Austragstutzen 5 für das Schwergut und einem Einlaufstutzen 6 für ein Trennmedium versehen. Ein Einlaufstutzen 7 für das Trennmedium ist am Austragstutzen 5 für das Schwergut tangential zu diesem Austragstutzen 5 angebracht. Die Hohlräume dieser Stutzen stehen miteinander in Verbindung. Der Austragstutzen 5 für das Schwergut ist mit einem Deckel 8 mit einer Kalibrieröffnung 9 versehen, der am freien Ende des Austragstutzens 5 angeordnet ist.

Der Hydroseparator ist auch mit einem Austragstutzen 10 für das Leichtgut ausgerüstet, der an der oberen Stirnseite des Gehäuses 1 angebracht ist.

In Richtung des Pfeils α wird über den Einlaufstutzen 4 das zu behandelnde Gut, eine Trübe 11, aufgegeben. Der Einlaufstutzen 4 für das zu behandelnde Gut ist mindestens zum Teil in das Gehäuse 1 eingeführt, wobei zwischen der Außenfläche des Einlaufstutzens 4 und der Innenfläche des Gehäuses 1 ein Spalt 12 besteht.

In Richtung des Pfeils P wird über den Einlaufstutzen 6 in den Trennraum 3 ein Trennmedium gefördert. Durch den Austragstutzen 5 wird in Richtung des Pfeils β das Schwergut 13 entfernt. In Richtung des Pfeils R wird das Leichtgut 14 über den Austragstutzen 10 ausgetragen.

In Richtung des Pfeils P′ wird ein zusätzlicher Strom Trennmedium in den Austragstutzen 5 gefördert, wo er in Richtung des Pfeils l (Fig. 2) gerichtete Störeinwirkungen erzeugt, denen die Teilchen des Schwerguts 13 (Fig. 1) ausgesetzt werden, wodurch die Qualität des Schwerguts durch Entfernung des Leichtguts verbessert wird.

Die Kalibrieröffnung 9 im Deckel 8 ermöglicht eine Regelung der Austragsgeschwindigkeit des Schwerguts 13 aus dem Austragstutzen 5 und des Charakters der Störeinwirkungen, die durch den Strom des Trennmediums über den Einlaufstutzen 7 ins Innere des Austragstutzens 5 eingebracht werden.

Das Verhältnis zwischen den Flächen der Querschnitte des Trennraums 3 und des Gehäuses 1 befindet sich im Bereich von 1 : 1 bis 3 : 1.

Das Verhältnis der Länge L des Gehäuses 1 zur Länge L′ des Trennraums 3 liegt im Bereich von 3 : 1 bis 10 : 1.

Der Einlaufstutzen 7 für das Trennmedium ist, wie Fig. 2 zeigt, zum Stutzen 5 tangential angebracht, um im Austragstutzen 5 rotierende Ströme des Trennmediums und des Schwerguts 13 in Richtung des Pfeils ω zu erzeugen. Die rotierenden Ströme tragen zur Trennung der Teilchen des Leichtguts 14 vom Schwergut 13 bei, wodurch die Trennwirksamkeit erhöht wird.

Das zu behandelnde Gut, welches ein Gemisch (11) aus Teilchen eines Minerals und einer Flüssigkeit darstellt, wird über den Einlaufstutzen 4 ins Innere des Gehäuses 1 aufgegeben. Ein Trennmedium, z. B. Wasser, wird durch den Einlaufstutzen 6 in den Trennraum 3 gefördert und mit der Trübe 11 im Inneren des Gehäuses 1 gemischt. Dabei werden turbulente Verwirbelungen im Strom der Trübe 11 infolge ihrer inhomogenen Eigenschaften bei ihrer Vermischung mit Wasser gebildet. Das so erhaltene Gemisch geht durch die turbulenten Verwirbelungen in den Schwebezustand über, wobei eine Separation der Teilchen im Inneren der Trübe 11 stattfindet. Die absinkenden schweren Körner, welche das Schwergut 13 bilden, werden durch den Spalt 12 ins Innere des Trennraums 3 geleitet und weiter über den Austragstutzen 5 ausgetragen, indem als Transportstrom ein Teil der Flüssigkeit benutzt wird, die in den Trennraum 3 des Hydroseparators über den Einlaufstutzen 6 gefördert wird. Die leichten Teilchen der Trübe 11, d.h. das Leichtgut 14, die vom Strom der Trübe 11 mitgerissen werden, die sich im geneigt angeordneten Gehäuse 1 im verengten Raum nach oben bewegt, werden in den Austragstutzen 10 für das Leichtgut 14 ausgetragen. Während der Bewegung der Trübe 11 durch das geneigte Gehäuse 1 findet unter der Wirkung der Schwerkraft, der Reibungskraft, der Ausstoßkraft, der der Bewegung der Mineralteilchen im zu behandelnden Gut entgegenwirkenden Widerstandskraft, welche durch die Viskosität des zu behandelnden Guts bedingt sind, eine Fraktionierung des zu behandelnden Guts statt. Die besonders schweren Teilchen in der Trübe 11, die unter Schwerkraft in die an der Wand des Gehäuses 1 angrenzende Schicht gelangen, bewegen sich entgegen der Strömungsrichtung der Trübe 11 im Inneren des Gehäuses 1. Die Bildung dieser Schicht an der Wand ist mit einem Reiben des Stromes der Trübe 11 und des Trennmediums an der Innenfläche des Gehäuses 1 verbunden. Das Vorhandensein einer örtlichen Turbulenz, die durch die Innenfläche des Gehäuses 1, die Außenfläche des Einlaufstutzens 4 für die Trübe 11 und den Wasserstrom hervorgerufen ist, trägt dazu bei, daß das Schwergut 13, das sich in der an der Wand des Gehäuses 1 angrenzenden Schicht bewegt, gereinigt wird. Nachdem das Schwergut 13 in den Spalt 12 gelangt, wo es mit dem Strom des Wassers vermischt wird, erfolgt eine zusätzliche Reinigung des Schwerguts 13 durch die örtliche Turbulenz, die durch die Inhomogenität der Eigenschaften des zu behandelnden Guts während des Vermischens mit Wasser hervorgerufen wird. Aus dem Spalt 12 fällt das Schwergut 13 in den Trennraum 3, dessen Querschnittsfläche größer als die des Gehäuses 1 ist.

Weiter gelangen die Teilchen des Schwerguts 13 in den Austragstutzen 5, wo deren zusätzliche Reinigung von Leichtgut unter der Wirkung des Stromes des Trennmediums geschieht, der durch den Einlaufstutzen 7 gefördert wird. Das Trennmedium wird über die Einlaufstutzen 6 und 7 dem Trennraum 3 zugeführt, wo in einem örtlichen Raum eine überschüssige Menge an Trennmedium im Vergleich zur Trübe erzeugt wird. Dies trägt zum Spülen des zu behandelnden Guts, vorzugsweise des Schwerguts 13 bei. Durch einen Geschwindigkeitsgradienten im Trennraum 3 und im Gehäuse 1 wird die Konzentration der Teilchen des Schwerguts im Trennraum 3 und im Austragstutzen 5 erhöht. Durch die im Deckel 8 vorhandene Kalibrieröffnung 9 kann man die Störeinwirkungen durch Änderung des Aufstroms des Trennmediums im Austragstutzen 5 regeln.

Das Flächenverhältnis zwischen den Querschnitten des Trennraums 3 und des Gehäuses 1 liegt in einem Bereich von 1 : 1 bis 3 : 1, was zum Aufbau eines optimalen Geschwindigkeitsgradienten des Stromes des Trennmediums innerhalb des Trennraums 3 und des Spaltes 12 beiträgt. Dabei erfolgt eine intensive Reinigung der Teilchen des Schwerguts 13 von den Teilchen des Leichtguts 14. Durch Verkleinerung des Flächenverhältnisses unterhalb von 1 : 1 ergibt sich eine Senkung des Geschwindigkeitsgradienten des Stromes des Trennmediums im Inneren des Trennraums 3, was es nicht erlaubt, die Teilchen des Schwerguts 13 effektiv zu reinigen. Eine Vergrößerung des Flächenverhältnisses zwischen den Querschnitten des Trennraums 3 und des Gehäuses 1 über 3 : 1 wird als unzweckmäßig angesehen, weil in diesem Fall ein Teil des Trennraums 3 vorwiegend mit dem Trennmedium gefüllt ist und praktisch keine Trübe 11 enthält, so daß auch keine Separation im Trennraum 3 stattfinden kann.

Das Verhältnis der Längen des Gehäuses 1 und des Trennraums 3 liegt in einem Bereich von 3 : 1 bis 10 : 1, was zur Schaffung eines optimalen Geschwindigkeitsgradienten der Ströme des Trennmediums und der Trübe beiträgt und gleichzeitig eine optimale Separation des zu behandelnden Guts im Trennraum begünstigt.

Ist das Verhältnis zwischen den Längen kleiner als 3 : 1, wird der Trennraum 3 vorzugsweise mit dem Trennmedium gefüllt und enthält praktisch keine Trübe, so daß auch keine Separation stattfinden kann. Wenn das Längenverhältnis größer als 10 : 1 ist, führt es dazu, daß die Konzentration der Trübe sowohl im Gehäuse 1 als auch im Trennraum 3 praktisch gleich ist und im Trennraum 3 keine effektive Separation der Trübe gewährleistet wird.

Im erfindungsgemäßen Hydroseparator wird eine erhöhte Effektivität der Trennung des zu behandelnden Guts durch den Aufbau eines Geschwindigkeitsgradienten zwischen den Strömen des Trennmediums und der Trübe im Trennraum und im Gehäuse, durch eine überschüssige Menge an Trennmedium im Trennraum und durch eine zusätzliche Spülung des Schwerguts durch das Trennmedium im Austragstutzen für das Schwergut erreicht.

Claims (5)

1. Hydroseparator mit einem geneigt aufgestellten länglichen Hohlgehäuse (1) , mit mindestens zwei Einlaufstutzen (6, 7) für ein Trennmedium, einem Eingabestutzen (4) für das zu behandelnde Gut und Austragstutzen (10, 5) für das Leicht- bzw. Schwergut, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydroseparator einen mit der Längsachse (2) des Gehäuses (1) gleichachsig angeordneten Trennraum (3), der von einem Einlaufstutzen (4) gleichachsig zur Längsachse (2) des Gehäuses (1) durchlaufen wird, einem Austragstutzen (5) für das Schwergut und einem Einlaufstutzen (6) für das Trennmedium versehen ist, der Trennraum (3) des Hydroseparators mit dem Hohlraum des Gehäuses (1) in dessen unterem Teil verbunden ist, der Einlaufstutzen (7) für das Trennmedium an den Austragstutzen (5) für das Schwergut der zu behandelnden Trübe in der Zone dessen freien Endes angeschlossen ist.

2. Hydroseparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenverhältnis der Querschnitte des Trennraums (3) und des Gehäuses (1) in einem Bereich von 1 : 1 bis 3 : 1 liegt.

3. Hydroseparator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge des Gehäuses (1) zur Länge des Trennraums (3) in einem Bereich von 3 : 1 bis 10 : 1 liegt.

4. Hydroseparator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufstutzen (7) für das Trennmedium am Austragstutzen (5) für das Schwergut tangential zu diesem Austragstutzen (5) angebracht ist.

5. Hydroseparator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Austragstutzen (5) für das Schwergut mit einem Deckel (8) und einer Kalibrieröffnung (9) versehen ist.