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Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Stoffen zum Zwecke der
Zerkleinerung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mahlung von festen Stoffen
aller Art, wie Erzen, Mineralien, Farben u. dgl., bei dem die Stoffe mit einer Flüssigkeit
gemischt auf Prallwände geschleudert werden. Das Verfahren besteht darin, daß die
mit dem Gut .gemischte Flüssigkeit im Kreislauf geführt wird und in diesem Kreislauf
durch Inj ektorwirkung mit einem Druckgas -oder mit Druckdampf angesaugt und beschleunigt
wird. Der Beschleunigung dient eine unmittelbar an den Injektor sich anschließende,
kegelig sich @erweiternde Düse. Die Prallwände bestehen vorzugsweise ,aus dem Mahlgut
selbst.
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Das Verfahren nach der Erfindung betrifft somit eine Feinmahlung durch
Prallwirkung. Diese wird dadurch erreicht, daß die zu zerteilenden Stoffe m einem
Flüssigkeitsstrom unter Wirkung eines Gas- oder Dampfstrahles unter hohem Druck
und mit großer Geschwindigkeit aus der keglig sich erweiternden Düse auf einen Prallwiderstand,
der vorzugsweise aus mehr oder weniger groben Stücken des Arbeitsgutes besteht,
wiederholt in fortlaufendem oder regelmäßig wiederkehrendem Gange aufgeschleudert
werden. Es ist dabei, möglich, die Wirkungen von Ultraschallerscheinungen mitzuverwenden,
die durch die Strömung in der Vorrichtung selbst erzeugt werden und so die Wirkung
der Mahlungerhöhen.
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Verfahren zum Vermahlen von Stoffen, die darin bestehen, daß die Stoffe
ineine Flüssigkeit eingebracht werden, worauf die Flüssigkeit aus einem unter hohen
Druck stehenden Gefäß ausgespritzt wird, sind an sich bereits bekannt. Auch sind
bereits Vorrichtungen bekanntgeworden, bei denen das Mahlgut durch eine sich keglig
erweiternde Düse mit einem Gasstrom gegen: eine Prallwand geleitet wird. Demgegenüber
ist erfindungswesentlich, daß das gesamte zur Beschleunigung des Mahlgutes notwendige
Gas mit dem Mahlgut bereits gemischt ohne Zutritt von Fremdluft durch die Düse geschleudert
wird, da es nur so möglich ist, die notwendige Bewegungsenergie dem Mahlgut zuerteilen.
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Wesentlich für die neue Arbeitsweise ist, daß Gase oder Dämpfe unter
Druck gebracht werden, um als Zerstäuberkräfte zu wirken. Zu diesem Zweck werden.
sie zusammen mit den zu bearbeitenden Flüssigkeiten mit gegebenenfalls vorzerkleinertem
Mahlgut in fortlaufendem
Gange durch Injektorwirkung der keglig
sich erweiternden Düse zugeführt, wo die statische Druckenergie in eine dynamische
Bewegungsenergie umgewandelt wird. Dadurch -wird der Flüssigkeit wie den darin enthaltenen
Mahlgutteilchen eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit verliehen, so daß sie mit außerordentlicher
Kraft auf die Prallwand aus groben Stücken des Mahlgutes selbst oder einem beliebigen
harten Werkstoff aufprallen.
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Da zum Zwecke der Beschleunigung gemäß der neuen Arbeitsweise keglig
sich erweiternde Düsen verwendet werden, ist die Entstehung von Scherkräften an
ihrer Wandung nicht zu erwarten. Andererseits ist aber auf Grund des Beschleunigungsgesetzes
in kegligen Düsen zur Erzielung einer hohen Geschwindigkeit nur in bekannter Weise
die Anwendung geringer Drücke notwendig. Das bedeutet einen außerordentlichen technischen
Vorteil und der zu ihrer Durchführung geeigneten Vorrichtungen. Dieser liegt z.
B. darin, daß das Druckgehäuse gegen nicht mehr als den geringen Druck, der bei
40o bis 5oo m,/Sek. Geschwindigkeit etwa bis io atü liegt und die Pumpe zum Umpumpen
der Flüssigkeit mit nur etwas mehr als diesem geringen Druck zu arbeiten braucht.
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Bei der Vorrichtung nach der Erfindung ist es möglich, grobe Stoffe
in fortlaufendem Gange gegebenenfalls bis zur kolloidalen Feinheit zu mahlen. Durch
Anwendung grober Stücke des Mahlgutes als Prallwand kann man den Stoff sich selbst
mahlen lassen, wodurch Verunreinigungen des Mahlgutes durch den Stoff der Prallfläche
vermieden werden.
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Da Düsen mit einem Öffnungsdurchmesser von 3 bis i o mm angewendet
werden, ist es auch möglich, Üle und Fette in eine kolloidale Emulsion überzuführen
oder Farben usw. kolloid zu vermahlen.
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Die Art der Ausführung sowie die Vorrichtungen zur Durchführung dieser
Arbeitsweise sollen an Hand der Zeichnungen, die eine beispielsweise Ausführungsform
darstellen, beschrieben werden.
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Die Vorrichtung (Fig. i) besteht aus einem zylindrischen Gefäß i,
das durch eine mit einigen Löchern versehene Prallwand 2 in zwei getrennte Räume
geteilt ist, die auf der ebenfalls durchlochten Querplatte 3 ruht. Das Gefäß ist
mit einem abnehmbaren Deckel 4. versehen, der die mit einem Deckel verschließbare
Füllöffnung 5 für das Mahlgut 6 und den Wasserzufuhrstutzen 7 mit Hahn 8 enthält.
Am unteren Gefäßteil befindet sich ein Ablaßhahn g. Das Rohr i o, welches mit dem
einen Ende, an dem das Korbsieb i i sitzt, in den unteren Teil des Gefäßes i hineinragt,
ist mit einer Pumpe 12 verbunden. Von dieser führt über das Ventil 13 die
Rohrleitung 14 an den Kopf des zylindrischen Druckgefäßes 16. An diesem Gefäß befinden
sich Manometer 17, Flüssigkeitsstandanzeiger i 8 und verschließbarer Ablaßstutzen
i 9. Der Kompressor 2o mit Luftfilter 2 i ist über ein Ventil 22 und die Rohrleitung
23 mit einer Stahlflasche 24 verbunden. Von dieser führt eine Leitung über das Ventil
25 und Druckreduzierventi126 zu dem in das Druckgefäß 16 hineingehenden,
sich allmählich verjüngenden Rohr 27, an dessen Ende die InjektordüSe 28 sitzt,
die dicht an den Schwingschlitz 29 des Ultraschallgenerators (Fig. 2) heranreicht.
Durch Abzweigstutzen 4 1 ist über das Ventil 42 eine Anschlußmöglichkeit an eine
Dampfdruckleitung gegeben. Motor 43 treibt die Pumpe 12, Motor 44 den Kompressor
2o an.
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Der Ultraschwingapparat (Fig.2) besteht aus folgenden Teilen: An dem
Gehäuse, das im wesentlichen aus den Dichtungsführungen 30 und den beiden
kegligen Ein- bzw. Ausströmkanälen 31 und 32 mit Flanschen 33 besteht, befindet
sich eine Spindel 34, durch deren Drehung mittels Handrades 35 die beiden Klemmbacken
36 entfernt oder genähert werden können, wodurch die in den Backen festsitzenden
Schwingstäbe 37 in ihrer Dichtung 38 gegeneinander verschoben werden können, was
einmal die Änderung der Schlitzweite 29 ermöglicht und andererseits eine Änderung
der Länge der frei schwingenden Stabenden 39 und somit eine Frequenzveränderung
zur Folge hat.
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Die Vorgänge in der Vorrichtung sind folgende: Durch das Korbsieb
i t und das Rohr i o wird mittels der Pumpe 12 die in die Vorrichtung eingeleitete
Flüssigkeit über Ventil 13, Rohrleitung 14 und Rückschlagventil 15 in den
Druckzylinder 16 hineingepumpt. Durch das Luftfilter 2i saugt der Kompressor 2o
Luft an, und nach Komprimieren auf den gewünschten Druck preßt er die Luft über
Ventil 22 und Rohrleitung 23 in die Stahlflasche 24. Preßluft gelangt aus dieser
über Ventil 25 und Druckreduzierventil26 in das Rohr 27, von dort in die Injektordüse
28, wo sie ; durch die bei der Strömung entstehende Saugkraft Flüssigkeitsteichen
aus dem Druckgefäß 16 durch kleine Kanäle 40 mit sich reißt; durch Schlitz
29, der sich zwischen den schwingenden Stäben 39 befindet, gelangt sie in die keglige
Düse 23, wo die Strömung stark beschleunigt wird, und prallt mit außerordentlicher
Schnelligkeit und Kraft auf die in Gefäß i befindlichen Stücke des zu mahlenden
Arbeitsgutes auf, wodurch eine Mahlwirkung ausgeübt wird. Die Prallwirkung auf das
Mahlgut äußert sich darin, daß mehr
oder weniger feine"Teilchen
in Staub- oder feiner Körnerform abbröckeln. Staub sowie Körner fließen in eine
Unterabteilung des Gefäßes i, werden durch Pumpe 12 abgesaugt und in das Druckgefäß
16 zurückgepumpt. Wenn nun dieses Flüssigkeitsgemisch mit den feinen Teilen des
zu mahlenden Stoffes von neuem, durch Luftexpansion zur Düsenstelle 28 mitgerissen,
durch Schlitz 29 getrieben und in der kegligen Düse beschleunigt mit hoher Geschwindigkeit
auf das Arbeitsgut in -Gefäß i aufprallt, so wird dadurch eine erhöhte Prallwirkung
erzielt, und man kann sagen, der Stoff mahlt sich selbst; denn mit jedem Aufprallen
werden durch die Pumpe mehr und mehr Stoffe mitgerissen und in Umlauf gebracht,
die dann gleichfalls mit als Prallmittel dienen.
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Wenn auf diese Weise-das Mahlgut in, Gefäß i abgemahlen ist, wird
durch die öffnung 5 neues nachgefüllt. Ist genügend fein gemahlenes Gut vorhanden,
so kann @es -,einmal durch Pumpe 12 abgesaugt und durch Hahn q.6 abgeführt werden.
Das feine Mahlgut mit Wasser kann aber auch fortlaufend oder nicht fortlaufend abgeführt
werden, während neues Wasser durch Hahn 8, Leitung 7, zugeführt werden kann.
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Hat man pulvrige Stoffe zu mahlen, so werden diese mit Wasser gemischt,
in das Reaktionsmahlgefäß eingepumpt, und als Prallwiderstand kann dann ein beliebiger
harter Stoff, wie Stahl-, Quarz- oder Siliciumcarbid- oder andere Hartmetallplatten,
verwendet werden. Diese Platten können entweder eine geschlossene oder mit Löchern
versehene Oberfläche haben. Es hat sich dabei gezeigt, daß es in diesem Fall vorteilhaft
ist, geeignete, von den Kolloidmühlen her bekannte Disp.ersionsbeschleuniger zuzusetzen,
da der Zerteilungseffekt dadurch noch verbessert wird.
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Hat man den Wunsch, die Mahlung durch Prallwirkung bis zur kolloiden
Feinheit durchzuführen, so empfiehlt @es sich, wie bei allen kolloiden Zerteilungen,
spezifisch geeignete und hierfür auf anderem Wege hergestellte, sog. Schutzkolloide
hinzuzufügen, durch die erfahrungsgemäß die durch Prallwirkung erzeugten feinen
Zerteilungen in der Schwebe gehalten werden können. Es war dies nicht vorauszusehen;
vielmehr war anzunehmen, daß durch die Prallwirkung die Wirkung der Schutzkolloide
vernichtet würde.
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Ferner ist gefunden worden, daß bei Mahleng durch Prallwirkung unter
Anwendung von durch keglige Düsen stark beschleunigtem Gas mit Flüssigkeiten und
festen- Stoffen in demselben Arbeitsgang gleichzeitig auch Veränderungen der chemischen
Eigenschaften oder sogar Umwandlungen möglich sind. Z. B. kann bei der Vermahlungeines
Chromerzes der Mahlflüssigkeit Schwefelsäure zugegeben werden; dieses Gemisch aus
Schwefelsäure ,und Wasser, das mit großer Geschwindigkeit auf das Mahlgut in Gefäß
i aufprallt, bewirkt nicht nur eine Zerkleinerung des Chromerzes, sondern gleichzeitig
seine Umsetzung in wasserlösliche Chromverbindungen.
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In gleicher Weise kann eine große Anzahl von Erzen nicht nur zerkleinert,
sondern das Mineral oder Metall kann m einem wasserlöslichen Zustand umgewandelt
und aus den großen Stücken sozusagen ausgelaugt werden. Aus armen Kupfererzen kann
auf diese Weise Kupfer noch wirtschaftlich ausgelaugt und in konzentrierte Form
übergeführt werden, aus Aluminiumerz kann Aluminiumsulfat gewonnen werden usw. In
allen diesen Fällen mahlt sich der Stoff selbst bei gleichzeitigeriz Auslaugen der
gewünschten Metalle durch Anwendung geeigneter Säuren oder saurer Salze.
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In anderen Fällen kann das Auslaugen an `Stelle von Säuren auch mit
Alkalien ausgeführt werden. Z. B. können bei Anwesenheit von Alkalien Zink-, Kupfer-,
Zinn-, Gold-und andere Erze in ihre wasserlöslichen Alkaliverbindungen übergeführt
werden. So kann z. B. mit Hilfe von Zyankali das Gold aus einem goldtragenden Gestein
extrahiert werden bei gleichzeitiger Zertrümmerung des goldtragenden Gesteines.
Es ist bekannt, daß Gold in harten, aus Kieselsäure oder Kieselsäureverbindungen
bestehenden Gesteinen vorkommt; auch, daß die Mahlung mit großen Kosten verbunden
ist, da wegen der großen Härte des Mahlgutes die Maschinen stark abgenutzt werden.
Wird aber goldtragendes kieselsäurehaltiges Erz erfindungsgemäß gemahlen, so mahlt
sich der Werkstoff selbst bei gleichzeitigem Auslaugen und Konzentrieren des Goldes
mit Zyankalilösung.
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Selbstverständlich müssen die einzelnen Vorrichtungen, wie Pumpen
usw., bei Anwendung von Säuren säurefest und bei Anwendung von Alkalien alkalifest
sein.
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Wie ausgeführt, stellen die Fig. i und 2 schematisiert in ,einer beispielsweisen
Ausführungsform eine kleine Laboratoriumsanlage dar. Bei dieser ist nur eine runde
Düsenöffnung 32 vorgesehen; bei einer großen Anlage kann man auch mehrere runde
Düsen parallel zueinander auf das Prallgut wirken lassen, die aus einem oder mehreren
Druckgeneratoren oder Dampfkesseln gespeistwerden können. Man kann den Düsenschlitz
29 auch breiter bauen, so daß eine mehr oder weniger breite konische Düse gebildet
wird. Die Einstellung der Schlitzweite, der Schwingungszahl usw. kann auch bei solchen
Düsen
in der gleichen Weise erfolgen, wie es in Fig.2 dargestellt
ist. Die einzigen Teile, die abgenutzt werden, Injektorteil, schwingende Stäbe und
konische Düse, sind leicht und billig herzustellen und daher gut auswechselbar.
Die keglige Düse kann je nach Art des Druckes, den man expandieren will, kürzer
oder länger sein; sie kann auch aus Quarz oder Hartporzellan u. dgl. hergestellt
werden.
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Bei sehr harten Stoffen, wie Golderzen, kieselsäurehaltigen Mineralien,
Quarzen u. dgl., hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine möglichst hohe Beschleunigung
anzuwenden, um eine große Kraft der Prallwirkung zu erhalten. Dies wird erfindungsgemäß
dadurch erzielt, daß man Injektordüsen (in den Zeichnungen nicht angegeben) anwendet,
die nur kleine Mengen Flüssigkeit mit festen Mahlbestandteilen, nicht über 25
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etwa, mitzureißen, wodurch eine höhere Beschleunigung in den kegligen
Düsen erzielt wird. Da die Prallwirkung stark abhängig ist von der Geschwindigkeit
des strömenden Gases mit der Flüssigkeit, so wird durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit
auch eine Erhöhung der Prallwirkung und damit der Mahlwirkung erzielt. Der Druck
bei Eintritt in die Beschleunigungsdüse spielt selbstverständlich eine große Rolle
und muß bei größerer Härte des Stoffes gesteigert werden. Die Drucke, die erfindungsgemäß
verwendet werden, schwanken in der Praxis zwischen i und 5ooAtmosphären und werden
nur in ganz besonderen Fällen bis auf i ooo Atmosphären gesteigert. Selbstverständlich
müssen alle unter Druck befindlichen Rohrleitungen der Vorrichtung gegen doppelten
Druck gesichert gebaut sein.
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Die Düseneinrichtung ist in Fig. i in der Mitte des Gefäßes i angeordnet;
sie kann in der Ausführung aber auch unten oder sogar in einem gewissen Winkel nach
oben oder unten gerichtet sein. Auch kann das Gefäß für die Erze zum Zwecke der
Mahlung und Aufbereitung ganz aus den groben Stücken des Mahlgutes bestehen, ohne
eine besondere Prallwand in der Mitte des Gefäßes.
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Ferner ist noch seitwärts eine besondere Luftventilöffnung zum Abführen
der verwendeten Gase vorhanden, die aber auf der Zeichnung nicht zu sehen ist.