Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Technik der
Herstellung trockener Feststoffe und insbesondere die Gewinnung von
pulverförmigen dispersionskonditionierten Stoffen. Das
Verfahren kann in der Bergbau- und Baustoffindustrie verwendet
werden.
Hintergrund der Erfindung
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Bekannt sind verschiedene Verfahren der physikalischen
Einwirkung auf behandeltes Material. So z. B. ist ein Verfahren
zur Gewinnung von dispersionskonditionierten Stoffen bekannt
(1). Es umfasst die elektromagnetische Konditionierung des
polyfraktionalen Gemisches des zu verarbeitenden Materials,
seine Auftrennung und die Sammlung des fertiggestellten
pulverförmigen Materials. Es ist festzustellen, dass bei dem
als Prototyp gewählten Verfahren die elektromagnetische
Auftrennung nach der Bildung des mechanischen polyfraktionalen
Gemisches erfolgt, d. h. es kommt bei der Vermahlung zu
keiner elektromagnetischen Konditionierung.
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Eine derartige elektromagnetische Konditionierung verhindert
eine effiziente Wirkung konzentrierter Feldkräfte, wobei es
zu Strukturfehlern im behandelten Materialgemisch und
insbesondere zu Punktfehlern kommt (2). Die Wirkung auf die
Strukturfehler des behandelten Gemisches ist somit nicht
groß genug und eine Erhöhung seiner Empfindlichkeit für die
nachfolgende Auftrennung ist nicht möglich.
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Bekannt ist ferner ein Verfahren zur Erzeugung von
vermahlenem Pulvermaterial (3), welches die elektromagnetische
Konditionierung als Transfer elektrostatischer Ladung auf das
Ausgangspulvermaterial und die Vermahlung des
elektrostatisch aufgeladenen Pulvermaterials umfasst. Die
elektrostatische Ladung wird unter Einsatz eines
Hochspannungsgenerators mit Wechselstrom oder Gleichstrom bei einer Spannung
von 10.000 bis 1.000.000 V und einer Frequenz von 1 bis
10.000 Hz transferiert, d. h. das Pulver wird vor dem
Vermahlen durch Hochspannung aufgeladen bzw. polarisiert.
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Bekannt ist eine Mühle (4), die auf der elektromagnetischen
Konditionierung des behandelten Materials beruht. Das später
zu vermahlende Material, wie z. B. Zement, wird aufgegeben,
wonach an die beiden Elektroden eine hohe Spannung angelegt
wird. Anschließend werden die Elektromagneten eingeschaltet,
wonach eine stromleitende Turbine das Staub-Luft-Gemisch
einem Ionisator zuführt, in dem die Teilchen elektrostatisch
aufgeladen werden. Anschließend werden die aufgeladenen
Teilchen vom elektromagnetischen Feld eines Beschleunigers
eingefangen, wobei es aufgrund der Zusammenstöße mit
neutralen Teilchen zu einer weiteren Vermahlung kommt. Dann
gelangen die aufgeladenen Teilchen zu einem Neutralisator, der
aus einer stromleitenden Turbine hergestellt ist, wobei es
zur elektrischen Neutralisierung und zu einer weiteren
Vermahlung aufgrund der Zusammenstöße unter nachfolgender
Auftrennung in einer Vortexkammer kommt.
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Die obigen bekannten Verfahren (3) und (4) umfassen somit
die elektrische Aufladung bzw. Polarisierung des primären
Pulvermaterials durch elektrostatische Aufladung der
Teilchen durch Hochspannung unter Anlegen von zwei Elektroden,
wodurch zusätzliche äußere mechanische Mahlkräfte die
Mahlqualität verbessern. Die aufgeladenen Teilchen werden auf
der Endstufe der Vermahlung durch Kontaktierung mit einem
stromleitenden geerdeten Element passiv neutralisiert.
Außerdem besteht keine Möglichkeit der Neutralisierung der
elektrischen Gegenpotentiale an Rissen und Bruchspalten des
zu bearbeitenden Materials während seiner Vermahlung. Die
nicht neutralisierten Potentiale führen zu Teilrissen, die
nach der mechanischen Behandlung miteinander in Verbindung
stehen. Die aufgewandte Vermahlungsenergie wird nicht zum
Zerbrechen der Teilchen sondern zum Abrieb und zum weiteren
Abrollen bis zur Erzielung der Kugelform aufgewandt. Bei der
Auftrennung, wenn die umgewälzten Teilchen bei ihrer
Zentrifugalbewegung die Tendenz zeigen, sich von der abgetrennten
Materialoberfläche (Wandschicht) zu lösen, wird der
Hauptanteil an das Endprodukt darstellenden kleineren Teilchen
mit dem Abscheiderstrom entfernt. Die kleineren ausgesiebten
Teilchen scheinen somit keine ausreichende
"close-cut-Fraktion" aufzuweisen.
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Entsprechend den obigen Merkmalen besteht der Hauptnachteil
des Standes der Technik bei den erwähnten Verfahren (1, 3
und 4) darin, dass es unmöglich ist, eine präzisere
Auftrennung der bevorzugten metrischen Fraktion des hoher Qualität
entsprechenden Endproduktes zu erzielen.
Offenbarung der Erfindung
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Das Wesen des vorgeschlagenen Verfahrens zur Gewinnung von
dispersionskonditioniertem Material besteht in der
elektromagnetischen Konditionierung des polyfraktionalen Gemisches,
seiner elektrischen Neutralisation beim Vermahlen,
Auftrennen und Sammeln des als Endprodukt erhaltenen
Pulvermaterials. Die elektrische Neutralisation erfolgt durch die
Wirkung des depolarisierenden elektrischen Potentials auf das
polyfraktionale mechanische Gemisch. Das elektrische
Potential liegt hier vorzugsweise in einem Bereich von 10,0 bis
60,0 V. Das Verfahren umfasst die Vermahlung des elektrisch
nichtleitenden Materials. Liegt das Potential unter 10,0 V,
kann das Gemisch nicht in den Zustand überführt werden, in
dem es für die Auftrennung vollständig geeignet ist. Liegt
andererseits das Potential bei über 60,0 V führt dies zu
unerwünschten Nebenreaktionen der elektrochemischen
Umwandlung des Stoffgemisches.
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Das polyfraktionale mechanische Gemisch auf der Basis des
elektrisch nichtleitenden Materials wird somit
erfindungsgemäß entgegen den Verfahren (3) und (4), wie sie oben
beschrieben wurden, behandelt, d. h. die beim Vermahlen
erzielten elektrischen Ladungen werden entladen bzw. elektrisch
neutralisiert, indem auf das Material über eine einzige
Elektrode depolarisierendes Potential einwirkt.
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Während des Aufeinandertreffens der Brechkörper auf das
Materialgemisch ist die Brechgeschwindigkeit der
Kontaktoberflächen erhöht und hohe elektrostatische Ladungen verbleiben
auf der Rissoberfläche. Durch die Agglomeration der Teilchen
gestalten sich die Vermahlung und Auftrennung schwierig,
wodurch die Konditionierung des Produktes behindert wird.
Bei der Initiierung der Vermahlung durch das
depolarisierende elektrische Potential kommt es zur Druckluftionisierung
während des Aufeinandertreffens der Mahlkörper, wodurch es
zu einer Koronaentladung von hoher Kapazität kommt. Unter
der Einwirkung des elektrischen Feldes bewegen sich die
Ionen in Richtung der geladenen Materialteilchen, wodurch
sie elektrisch neutralisiert werden.
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Es werden daher Bedingungen geschaffen, unter denen die beim
Vermahlen entstehenden oberflächlichen Risse der Teilchen
nicht mit übermäßig hohem Potential abgesättigt werden.
Dieses Phänomen hält die Rissbildung aufrecht, da eine
Verbindung unter den Rissen nach dem Aufprall unter der
Einwirkung polarisierter elektrischer Ladungen auf der Oberfläche
vermieden wird. Es entstehen daher stärkere kantige
Teilchen, der Energieverbrauch für die Teilchenvermahlung nimmt
ab und man erhält kugelförmiges Teilchenmaterial. Die
Auftrennung erfolgt unter Minimierung des Zurückprallens der
konditionierenden kantigen Mahlteilchen. Bei diesem
Verfahren ist die parasitische Rückpralldispersion des behandelten
Materials auf die Unterkornfraktion gerichtet, die man zur
Bildung des pulverförmigen Endproduktes verwendet. Die
Tatsache, dass die minderwertigen Unterkornfraktionen ausgeschlossen
werden, schafft die Bedingungen dafür, dass ein
pulverförmiges Endprodukt erhalten wird, das einen höheren
Gehalt an "close-cut-Fraktion" aufweist. Außerdem ist es
möglich, die Auftrennung zusammen mit einer parallelen
allgemeinen zusätzlichen elektrischen Neutralisierung des zu
verarbeitenden Gemisches durchzuführen. Die Auftrennung wird
durch triboelektrische, das elektrische Potential
depolarisierende Ladungen initiiert, wodurch das pulverförmige
Endprodukt mit der bevorzugten metrischen Fraktion erhalten
wird. Auf diese Weise wird ein Produkt von hoher Qualität
erzielt.
Großtechnische Anwendung
Beispiele für die Verwendung des vorgeschlagenen Verfahrens
Beispiel 1
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Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
das Rohmaterialgemisch der Bildung des polyfraktionalen
mechanischen Gemisches bereitgestellt. Die Bereitstellung
zielt dabei auf ein Endprodukt ab, und zwar ein hochwertiges
Zementpulver von schmaler Fraktion für Mörtel mit 55 bis 65%
günstiger metrischer Fraktion mit einem
Teilchendurchmesser von 3 bis 30 um und insbesondere auf einen Zement der
Marke 500 nach GOST 25238-82.
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Das Materialgemisch bestand zu 95 Masse-% aus
Ausgangsklinker und zu 5% aus Gips. Als Rückstrom aus dem Scheider zur
Mühle gelangte Unterkorn mit einem Durchmesser von über 80
um.
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Nach Herstellung des Rohstoffgemisches erfolgte die
elektromagnetische Konditionierung des polyfraktionalen
mechanischen Gemisches. Das Gemisch wurde unter elektrischer
Neutralisierung vermahlen und es erfolgte die obige
Konditionierung. Für die Vermahlung bediente man sich einer
Zementkugelmühle mit einem Durchmesser von 2,6 m und einer Länge
von 13 m. Die Trommeldrehgeschwindigkeit betrug 16 U/min.
Die spezifische Zementoberfläche lag bei 350,0 m²/kg und die
Kapazität der Mühle betrug 26 t/h. Das depolarisierende
elektrische Potential initiierte den Prozess der
elektrischen Neutralisation. Um dies zu erreichen, ließ man auf das
polyfraktionale mechanische Stoffgemisch depolarisierendes
elektrisches Potential einwirken. Danach erfolgte die
Auftrennung des erhaltenen polyfraktionalen mechanischen
Stoffgemisches. Zur Auftrennung bediente man sich eines
mechanischen pneumatischen Zentrifugierverfahrens und insbesondere
gelangte ein Luftzentrifugierscheider zum Einsatz. Der
Scheiderdurchmesser betrug 3,2 m und die
Rotationsgeschwindigkeit 245 U/min. Die Scheiderkapazität lag bei 30 t/h.
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Nach Durchführung der Trennung erfolgte die Sammlung des das
Endprodukt darstellenden Pulvermaterials. Das Material
stellt eine feine metrische Fraktion ohne grobe,
unzureichend zerfallene Körner dar, die erneut vermahlen werden
müssten.
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Im Verlaufe der Durchführung des Verfahrens wurden die
entsprechenden Parameter und die Transformationswerte
gesteuert. Es wurde schließlich eine Einengung der
Fraktionszusammensetzung des erhaltenen Zements erzielt. Der Anteil der
Ausbeute an geeigneter Zementfraktion (3 bis 30 um) betrug
71 Masse-% und der der besonders geeigneten Zementfraktion
(10 bis 30 um) 63 Masse-%.
Beispiel 2
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitete
man wie in Beispiel 1 unter den entsprechenden Bedingungen
und mit denselben Parametern, wobei jedoch das
depolarisierende elektrische Potential einem Maximalwert (60 V)
innerhalb des zulässigen Bereichs entsprach.
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Die Ausbeute an geeigneter Zementfraktion (3 bis 30 um)
betrug 74 Masse-% und die an besonders wertvoller Fraktion (10
bis 30 um) bis zu 65 Masse-%.
Beispiel 3
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Das Verfahren wurde wie in Beispiel 1 mit den dort
angegebenen Bedingungen und Parametern durchgeführt, das
depolarisierende elektrische Potential hatte jedoch einen mittleren
Wert von 40,0 V innerhalb des erwünschten Bereichs.
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Die Ausbeute an geeigneter Zementfraktion (3 bis 30 um)
betrug 78 Masse-% und die an besonders wertvoller Fraktion (10
bis 30 um) bis zu 69 Masse-%.
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Die Tabelle illustriert die positiven Ergebnisse, die mit
dem vorgeschlagenen Verfahren erzielt und durch die
vorliegenden Beispiele belegt werden. Die Zahlenwerte werden mit
jenen des Verfahrens zur Herstellung von Zement der Marke
500 nach GOST 25238-82 verglichen.
Tabelle
Die beste Variante für die Durchführung der Erfindung
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Aus der Tabelle geht hervor, dass die besten Ergebnisse
bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens in Beispiel 3
erreicht werden.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wurde während des
Vermahlens unter den Bedingungen der elektrischen Neutralisierung
bei einem Depolarisationspotential von 40,0 V eine Ausbeute
an wertvoller Fraktion von 3 bis 30 um erreicht, wodurch bis
zu 78 Masse-% Zement erzielt wurden und bei der besonders
wertvollen Fraktion von 10 bis 30 um eine Zementproduktion
von bis zu 69 Masse-%.
LITERATURQUELLEN
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1. SU-Urheberschein 1 431 864, Int. Kl. B07B 1/40, 1988
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2. Levich., "Theoretical physics", M. Nauka, 1969, S. 75
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3. US-PS 5 507 439
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4. SU-Urheberschein 1 724 369, Int. Kl. B02C 19/18, 1978.