DE4332922A1 - Zweiwalzenmaschine und Verfahren zur Druckzerkleinerung körnigen feuchten Gutes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweiwalzenmaschine wie z. B. Hochdruck-Walzen­ presse zur Druckzerkleinerung körnigen feuchten Gutes, insbesondere zur Druck­ zerkleinerung von grubenfeuchten sulfidischen Erzen, mit zwei in einem Maschi­ nenrahmen gelagerten gegenläufig angetriebenen, durch einen Walzenspalt von­ einander getrennten Walzen, zwischen die das feuchte Gut mit hohem Druck ge­ preßt und dabei zerkleinert wird, wobei das sulfidische Erz und eine Teilmenge der im feuchten Gut in Form einer Suspension enthaltenden sauren Feuchtigkeit den Walzenwerkstoff durch elektrochemische Reaktion angreift, so daß die Wal­ zenoberfläche korrodiert.

Weiterhin ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Druckzerkleinerung körnigen feuchten Gutes, insbesondere zur Druckzerkleinerung von grubenfeuchten Erzen mit Zweiwalzenmaschinen gerichtet.

Bei der Aufbereitung körniger feuchter Güter wie beispielsweise gruben- oder naturfeuchter mineralischer Rohstoffe, wie Erze, Flußspat, Schwerspat, Magnesit, Phosphorit oder dergleichen, hat es sich bewährt, die aus einer Vorzerkleine­ rungsstufe (beispielsweise in Backenbrecher) und einer Nachzerkleinerungsstufe (beispielsweise in Kugelmühlen, naß mit Wassergehalte etwa größer 40% oder trocken mit Wassergehalte etwa kleiner 1%) bestehende Zerkleinerung zumindest teilweise durch eine Druckzerkleinerung in Hochdruck-Walzenpressen zu erset­ zen.

So wird in der DE-A-33 37 615 ein Verfahren und eine Anlage zur Zerkleine­ rung, Mahlung und Aufbereitung grubenfeuchter mineralischer Rohstoffe wie Er­ ze oder dergleichen beschrieben, nach der bzw. in der die Rohstoffe im natur­ feuchten Zustand mit einem Wassergehalt zwischen etwa 3 und 15% im Spalt einer Walzenmaschine einer Druckzerkleinerung (Gutbettzerkleinerung) unterwor­ fen werden.

Bei der Druckzerkleinerung feuchter Mineralien mit Hochdruck-Walzenpressen, insbesondere von sulfidischen Erzen, wie z. B. kupferhaltigem Pyrit oder chalko­ pyrit-, chalkosin- etc. haltigem Roherz, wurde nun ein ungewöhnlich hoher Ver­ schleiß der Walzenoberflächen festgestellt, der auf eine den mechanischen Ver­ schleiß überlagernde Korrosion der Walzenoberfläche infolge einer elektroche­ mischen Reaktion der Walzenoberfläche mit dem sulfidischen Erz und der im feuchten Erz enthaltenden sauren Flüssigkeit zurückgeführt werden konnte.

Mechanischer Verschleiß und elektrochemische Korrosion stimulieren sich hierbei gegenseitig, da eine korrodierte Oberfläche ihre Verschleißfestigkeit verliert und auf der Oberfläche entstehende elektrochemische Passivschichten durch den me­ chanischen Verschleiß abgetragen werden.

Weiterhin verbleibt bei der Zerkleinerung feuchten Gutes eine Teilmenge der im feuchten Gut enthaltenen sauren Flüssigkeit in Form eines Suspensionsfilms auf den Oberflächen der Walzen. Diese Suspensionsschicht trägt zusätzlich zur Kor­ rosion im nicht mechanisch beanspruchten Bereich der Walzenoberfläche bei, und zwar dadurch, daß sowohl die sulfidischen Erzpartikel, als auch die durch bakte­ rielle Reaktion freigesetzte Schwefelsäure elektrochemische Reaktionen mit dem Walzenmaterial eingehen.

Bei Korrosion des Walzenmaterials im sauren Medium laufen zwei elektrochemi­ sche Reaktionen ab: die anodische Auflösung des Metalls zu Metallionen und die kathodische Reduktion des sauren Mediums. Diese beiden Reaktionen finden im Prinzip unabhängig voneinander statt, wobei die anodische Auflösung zur Zerstö­ rung der Walzenoberfläche führt.

Darüber hinaus ist der Einfluß des Sulfidminerals auf Verschleiß und Korrosion gravierend. Das Vorhandensein von Sulfid im Aufgabemahlgut erhöht den Ver­ schleiß erheblich. Es erfolgt die Bildung galvanischer Elemente zwischen dem Sulfidmaterial und dem Walzenwerkstoff. Das Sulfid ist vom Potential her edler als der Stahl der Walze. Der Stahl löst sich anodisch auf und am Sulfid entstehen Elementarschwefel und Schwefelsäure. Es bilden sich in saurer Umgebung elek­ trochemische Lokalelemente mit katastrophalen Auswirkungen.

Aus den dargestellten Fakten ergibt sich für die Zerkleinerung des feuchten sulfi­ dischen Gutes mit der Hochdruck-Walzenpresse ein komplexes System, bei dem das saure Medium, der Sulfidanteil und die mechanische Beanspruchung der Oberfläche sich gegenseitig beeinflussen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bekannte Zweiwalzenmaschinen, insbesondere Hochdruck-Walzenpressen der obengenannten Art, so auszubilden, daß die Kor­ rosion der Walzenoberfläche minimiert bzw. verhindert wird sowie ein Verfahren zu schaffen, mit dem in unterstützender Weise ein positiver Einfluß auf den Schutz der Walzenoberflächen gegenüber Korrosion ausgeübt wird.

Die gestellte Aufgabe wird anlagenmäßig gelöst mit den Merkmalen des Kenn­ zeichnungsteils des Anspruchs 1 und verfahrensmäßig mit den Maßnahmen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Für den Schutz der Walzenoberfläche vor Korrosion und Verschleiß gibt es unter­ schiedliche Maßnahmen. Da der Anteil des mechanischen Verschleißes der Wal­ zenoberfläche grundsätzlich überwiegt, müssen verschleißfeste Werkstoffe ausge­ wählt werden. Ein gegebener Werkstoff kann außerdem gegen Korrosion durch weitere Maßnahmen geschützt werden. Schutzmaßnahmen, wie Überzüge nützen wenig, da durch den abtragenden mechanischen Verschleiß diese Schichten un­ wirksam werden.

Eine weitere Möglichkeit ist entsprechend der Erfindung die elektrochemische Schutzmaßnahme durch die Beeinflussung der elektrischen Potentialdifferenz zwi­ schen dem Walzenmetall und den Suspensionselektrolyten. Die Beeinflussung er­ folgt abhängig von der Lage des Potentials im Stromdichte-Potential-Diagramm durch eine Opferanode oder durch eine von außen aufgezwungene Gleichspan­ nung. Abhängig von der Richtung der Potentialänderung kann der Walzenwerk­ stoff bedingt anodisch oder kathodisch geschützt werden. Der Anodenschutz durch die Bildung von Passivschichten auf der Walzenoberfläche bleibt jedoch unwirk­ sam, weil diese Schichten bei Betrieb der Hochdruck-Walzenpresse durch den abtragenden Einfluß des Zerkleinerungsgutes bevorzugt abgebaut werden.

Der Kathodenschutz der Walzenoberfläche ist deshalb die einzige Möglichkeit. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird der potentialabhängige Korro­ sionsstrom des Systems verkleinert, wobei das Schutzpotential vorher experimen­ tell bestimmt werden muß. Für den Kathodenschutz können galvanische Anoden z. B. aus Magnesium oder Zink verwendet werden, die durch Eigenkorrosion je­ doch mit der Zeit verbraucht und dann ersetzt werden müssen. Als Alternative bieten sich gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Fremd­ stromanlagen an mit unlöslichem Anodenmaterial, wie z. B. platinierte Titanano­ den.

Die Anwendung des Kathodenschutzes durch Potentialverschiebung in negativer Richtung in sauren Lösungen bei niedrigen pH-Werten ist wegen der elektrolyti­ schen Wasserzersetzung eingeschränkt und bietet daher normalerweise keinen ausreichenden Schutz. Der kathodische Schutz beschränkt sich bisher daher bei bekannten Verfahren in der Praxis auf neutrale und alkalische Lösungen.

Es wurde nun überraschend festgestellt, daß bei Anwesenheit von Sulfidminera­ lien und im sauren Medium bei pH-Werten von 2,5 trotzdem ein Kathodenschutz wirkungsvoll möglich ist.

Neben dem kathodischen Schutz, bei dem der Korrosion durch eine Potentialände­ rung entgegengewirkt wird, besteht auch die Möglichkeit, daß angreifende Me­ dium - der auf den Walzenoberflächen anhaftende Suspensionsfilm - so zu ändern, daß eine Korrosion erschwert bzw. verhindert wird.

Durch die pH-Wertänderung wird das Ruhepotential zu negativen Werten ver­ schoben, da das Ruhepotential im allgemeinen vom pH-Wert abhängig ist und mit zunehmendem pH-Wert abnimmt.

Erfindungsgemäß geschieht dies durch eine Erhöhung des pH-Wertes des Suspen­ sionsfilms durch Zusatz von alkalisch reagierenden Reagenzien, beispielsweise durch gelöschten Kalk, Branntkalk, Soda oder dergleichen. Die alkalisch reagie­ renden Reagenzien werden erfindungsgemäß in Form einer wässerigen Lösung auf die Walzen der Zweiwalzenmaschine aufgesprüht, es ist aber auch mit Vorteil möglich, dem zu verpressenden Gut vor seiner Aufgabe auf die Zweiwalzenma­ schine das alkalisch reagierende Reagenz zuzumischen, wodurch gleichfalls der pH-Wert des auf der Walzenoberfläche verbleibenden Suspensionsfilms erhöht wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Erläuterungen von in Zeichnungsfiguren dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen.

Es zeigen

Fig. 1 einen Teilausschnitt einer Hochdruck-Walzenpresse mit im Auf­ gabeschacht angeordneter Opferanode;

Fig. 2 einen Teilausschnitt einer Hochdruck-Walzenpresse mit im Auf­ gabeschacht angeordneter korrosionsfester Anode.

Die Fig. 1 zeigt eine Hochdruck-Walzenpresse (1) mit zwei gegenläufig angetrie­ benen Walzen (2, 3) mit einem oberhalb des Walzenspaltes (4) angeordneten Auf­ gabeschacht (5), der mit dem zu zerkleinerndem feuchten Gut (6) gefüllt ist. In diesem Aufgabeschacht (5) ist eine Opferanode (7) angeordnet, die beispielsweise aus Zink oder Magnesium besteht und über eine Leitung (8) mit der Walze (3), beispielsweise über einen Schleifkontakt (in der Zeichnung nicht dargestellt), ver­ bunden ist. In der gleichen Weise ist auch die Walze (2) mit einer weiteren Opfer­ anode verbunden (in der Zeichnung nicht dargestellt). Es ist jedoch auch möglich, jede Walze mit mehr als einer Opferanode zu verbinden, wenn dies aufgrund der Größe der Walzenoberfläche erforderlich ist.

Zur Unterstützung des kathodischen Schutzes sind unterhalb der Walzen (2, 3) Sprühvorrichtungen (9, 10) angeordnet, durch die alkalisch reagierende Reagen­ zien auf die Walzenoberfläche gesprüht wird, wodurch die Einwirkung des sauren Suspensionsfilms auf die Oberfläche der Walze während ihrer Drehung in der mit Zerkleinerungsgut kontaktfreien Zeit vom Ende des Walzenspaltes [Austritt des zerkleinerten Gutes (11)] bis zum Eintritt in den Aufgabeschacht (5) weitgehend aufgehoben wird.

Die Anordnung eines kathodischen Schutzes durch korrosionsfeste Anoden, die mit einer Fremdstromquelle verbunden sind, zeigt die Fig. 2. Genau wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist im Aufgabeschacht (5) der Hochdruck-Wal­ zenpresse (1) in das zu zerkleinernde Gut (6) eine Anode (13) eingeführt, die nun aus einem nicht- oder nur sehr langsam-korrodierendem Material, beispielsweise aus platiniertem Titan, ausgeführt ist. Der für den kathodischen Schutz erforderli­ che elektrische Strom wird nun nicht wie bei der Opferanode (7) der Fig. 1 durch Eigenkorrosion, sondern durch eine Fremdstromquelle, einer Gleichstromquelle (16) [nur die zuführenden Leitungen sind in der Zeichnung dargestellt] aufge­ bracht. Hierzu ist die Anode (13) über eine Leitung mit einem Schutzstromgerät, einem Potentiostat (15) verbunden, in dem die Gleichstromleitungen (16) einmün­ den und der über eine Leitung (12) mit der Walze (3) verbunden ist. Auf diese Weise ist, genau wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1, ein geschlossener Strom­ kreis zwischen Anode (13) und Walze (3) mit einer leitenden Brücke durch das feuchte Gut (6) hergestellt.

Um das für einen kathodischen Schutz benötigte elektrische Potential zu ermitteln, ist zusätzlich zur Anode (13) eine Bezugselektrode (14) in den Aufgabeschacht, möglichst nahe an die Walze (3), eingeführt, die gleichfalls mit dem Potentiostat (15) über eine Leitung verbunden ist.

Bei unveränderten Bedingungen bezüglich des zu zerkleinernden feuchten Gutes (6) kann die Bezugselektrode (14) nach erfolgter Messung wieder entfernt werden. Bei schwankendem Aufgabegut ist es jedoch sinnvoll, die Bezugselektrode (14) im Aufgabeschacht (5) zu belassen, um eine ständige Kontrolle des elektrischen Po­ tentials zu ermöglichen.

Folgende Ergebnisse wurden mit einem kathodischen Schutz eines Walzenwerk­ stoffs gemäß der Erfindung mit einer Fremdstromquelle bei einem feuchten schwefelsauren Buntmetallerz mit einem pH-Wert der Feuchtigkeit von 2,5 erzielt.

Oberflächenabtrag
Nur Korrosion
0,14 mm pro Tag
mechanischer Verschleiß plus Korrosion	0,67 mm pro Tag
mechanischer Verschleiß plus Korrosion plus kathodischem Schutz	0,3 mm pro Tag

Der gesamte aus mechanischem Verschleiß und Korrosion im Walzenspalt resul­ tierende Oberflächenabtrag konnte durch die erfindungsgemäße Anwendung des kathodischen Schutzes somit deutlich reduziert werden.

Durch Einstellen der dem sulfidischen Erz anhaftenden Feuchte durch Zumachen einer alkalisch reagierenden Substanz auf einen pH-Wert von 8 werden dann wei­ ter folgende Abtragungen gemessen:

Oberflächenabtrag
Nur Korrosion
0,05 mm pro Tag
mechanischer Verschleiß plus Korrosion	0,30 mm pro Tag

Die Zueignung von alkalisch reagierenden Reagenzien ergibt demnach auch eine deutliche Verminderung der elektrochemischen Korrosion, so daß diese Maßnah­ me - Erhöhung des pH-Wertes von 2,5 auf 8 - erfindungsgemäß zur Unterstützung des kathodischen Schutzes heranzuziehen ist.

Claims (6)

1. Zweiwalzenmaschine wie z. B. Hochdruck-Walzenpresse zur Druckzerklei­ nerung körnigen feuchten Gutes, insbesondere zur Druckzerkleinerung von grubenfeuchten sulfidischen Erzen, mit zwei in einem Maschinenrahmen gelagerten gegenläufig angetriebenen, durch einen Walzenspalt voneinander getrennten Walzen, zwischen die das feuchte Gut mit hohem Druck gepreßt und dabei zerkleinert wird, wobei das sulfidische Erz und eine Teilmenge der im feuchten Gut in Form einer Suspension enthaltenden sauren Feuchtig­ keit den Walzenwerkstoff durch elektrochemische Reaktion angreift, so daß die Walzenoberfläche korrodiert, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermin­ derung der Korrosion der Walzenoberfläche an der Zweiwalzenmaschine Mittel angeordnet sind, durch die ein elektrochemischer Kathodenschutz der Walzenoberfläche herbeigeführt wird und/oder der pH-Wert des Suspen­ sionsfilms verändert wird.

2. Zweiwalzenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum kathodischen Schutz Opferanoden sind, die im Bereich der Gut­ aufgabe angeordnet sind und mit dem Walzenwerkstoff über das feuchte Aufgabegut in elektrischem Kontakt stehen.

3. Zweiwalzenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenwerkstoff über korrosionsfeste Anoden mit einer Gleichstromquelle zur Einstellung eines elektrischen Schutzpotentials in Verbindung stehen.

4. Zweiwalzenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an ge­ eigneten Stellen der Zweiwalzenmaschine Vorrichtungen zum Zuführen von alkalisch reagierender Reagenzien auf die Walzenoberfläche und/oder in das Aufgabegut angeordnet sind, die geeignet sind, den pH-Wert der sauren Sus­ pension und/oder des Mahlgutes zu erhöhen.

5. Zweiwalzenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zum Zuführen von alkalisch reagierender Reagenzien minde­ stens eine Sprühvorrichtung ist, mit der die Walzenoberfläche besprüht wird.

6. Verfahren zur Druckzerkleinerung körnigen feuchten Gutes, insbesondere zur Druckzerkleinerung von grubenfeuchten Erzen, mit Zweiwalzenmaschi­ nen, insbesondere mit Zweiwalzenmaschinen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder während der Druckzerkleinerung dem feuchten Gut alkalisch reagierenden Reagenzien zugemischt werden, die geeignet sind, den pH-Wert des feuchten Gutes zu erhöhen.