DE3912869C2 - - Google Patents
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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.
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