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Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten von geringhaltigem, Teilchen
mit verschieden hohem elektrischem Widerstandswert - besitzenden. Erz Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrostatischen Abscheiden von
Teilchen mit bestimmter physikalischer Eigenart aus einer Masse von Teilchen, die
ähnliche physikalische Eigenschaften, aber in verschiedenem Grade besitzen, um insbesondere
ein feinverteiltes' oder pulverförmiges Erz, das einen geringen Metallgehalt besitzt,
zu verbessern. Es ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem das Gemenge auf die
leitende Oberfläche einer umlaufenden Walze aufgebracht und von dieser zunächst
durch ein die Teilchen aufladendes elektrisches Sprühfeld und anschließend durch
ein zweites, aber sprühloses, elektrostatisches und die gleiche Polarität besitzendes
Feld hindurchgeschickt wird, durch das die gut leitenden und infolgedessen ihre
Aufladung verlierenden Teilchen gegebenenfalls unter zusätzlicher Wirkung von Schleuderkraft
und/oder
Schwerkraft von der Trommeloberfläche entfernt werden.
Diese von der Förderwalze abgelösten Teilchen fallen dann in besondere Auffangbehälter
hinein, während die schlechter leitenden und infolgedessen aufgeladen bleibenden
Teilchen an der Förderwalze haftenbleiben und an einer anderen Stelle schließlich
von ihr entfernt werden. Es hat sich nun gezeigt, daß die einwandfreie Entfernung
dieser an der Förderwalze haftenbleibenden Teilchen verhältnismäßig schwierig ist,
insbesondere wenn die Förderwalze zwecks Bewältigung größerer Gemischmengen eine
höhere Drehzahl erhält. Im folgenden wird nun ein Verfahren gezeigt, das die Entfernung
der an der Förderwalze haftenbleibenden Teilchen in sicherer und einwandfreier Weise
ermöglicht.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die auf der Oberfläche
der Fördereinrichtung, insbesondere einer Förderwalze verbliebenen Teilchen durch
ein drittes elektrostatisches, sprühloses, aber die entgegengesetzte Polarität besitzendes
Feld hindurchgeschickt werden, das die Teilchen von der Fördervorrichtung abzieht.
Diese Teilchen können dann ebenfalls in einem besonderen Behälter aufgefangen werden.
Eine zur Ausführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht erfindungsgemäß
darin, daß, gegenüber der zur Förderung der aufzubereitenden Teilchen dienenden
Vorrichtung in der Bewegungsrichtung der Fördervorrichtung gesehen, hinter einem
elektrischen, die Teilchen aufladenden Sprühfeld und einem anschließenden elektrostatischen,
sprühlosen und die gleiche Polarität besitzenden Feld, wie an sich bekannt, noch
ein drittes elektrostatisches, sprühloses, aber die entgegengesetzte Polarität besitzendes
Feld vorgesehen ist, das die Teilchen von der Fördervorrichtung abzieht.
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In der Zeichnung sind in den Abb. i und 2 zwei Ausführungsbeispiele
einer solchen gemäß der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung dargestellt, wobei an
diesen Beispielen noch weitere erfindungsgemäße Verbesserungen gezeigt sind. Die
Abb. 3 zeigt schließlich in verkleinertem Maßstab eine Antriebsvorrichtung für die
umlaufenden Teile der Trennvorrichtung.
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Bei der in Abb. i dargestellten Ausführungsform wird das zerkleinerte
Erzgemisch in einen Lagerbehälter 2 eingefüllt, dessen beide unteren Seitenwände
q. und 6 schräg gegeneinander geneigt sind, so daß sie eine breite schlitzartige
Öffnung bilden, deren Längsseiten von den unteren Kanten 8 und io gebildet werden,
die sich unmittelbar über einer drehbar gelagerten zylindrischen Trommel 12 befinden,
die etwa einen Durchmesser von ioo mm besitzt und die Teilchen von der Auslaßöffnung
des Lagerbehälters 2 fortbewegt. Eine derartige Aufgabevorrichtung ist bereits bekannt.
In dem Lagerbehälter 2 befindet sich ferner ein schraubenförmig gebildeter Beweger,
der in den Seitenwänden des Lagergehäuses drehbar gelagert ist und die Erzteilchen
so bewegt, daß sie ständig und gleichmäßig der Fördertrommel 12 zugeführt werden.
Die Fördertrommel 12 ist etwas länger als die Auslaßöffnung des Lagerbehälters und
bewegt sich in der Pfeilrichtung A, so daß die untere Kante io der Bodenfläche 6
des Lagerbehälters die Absteifkante der Auslaßöffnung bildet.
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Die ;Menge der Erzteilchen, die von der Trommel 12 gefördert werden,
hängt von der einstellbaren Geschwindigkeit der Fördertrommel und dem Abstand der
Kante io von der Fördertrommel ab. Die untere Seitenfläche 6 ist so eingerichtet,
daß der genannte Abstand verschieden groß gemacht werden kann. Zu diesem Zweck ist
an dem feststehenden Teil der unteren Seitenwand 6 eine Hilfsplatte 18 verstellbar
angebracht, wie bereits bekannt.
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Die Menge des Gemisches von Erzteilchen, welches von der Trommel 12
ständig gefördert wird, fällt in bekannter Weise durch einen Führungstrichter 22
auf die Oberfläche einer geerdeten und drehbar gelagerten zylindrischen Trommel
24., die etwa einen Durchmesser von 300 mm hat und im vorliegenden Fall in
der Pfeilrichtung B, d. h. also in derselben Richtung wie die Fördertrommel 12 umläuft.
Die Fördertrommel 12, der Beweger 1.4 und die eine Oberfläche von hoher Leitfähigkeit
besitzende Behandlungstrommel 2q. werden vorteilhaft von einem einzigen Antrieb
angetrieben, beispielsweise einen Motor 25, und zwar über ein gemeinsames Getriebe
26, welches verstellbar ist und die Drehgeschwindigkeiten in gewünschter Weise einzustellen
gestattet. Die Dicke der Schicht von Erzteilchen auf der Trommel 24 kann hierbei
durch Regelung der Geschwindigkeiten der Förder- und der Behandlungstrommel in verschiedener
Weise eingestellt werden.
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Der Führungstrichter 22 hat einen Auslaß, der kürzer als die Behandlungstrommel
24 ist. Dieser Auslaß befindet sich oberhalb der Trommel und reicht nur über einige
Grade des Trommelumfanges. Unmittelbar hinter der Führungsfläche 27 des Trichters
22 ist nun eine Ionisierungszone C vorgesehen, die zum Aufladen der Erzteilchen
auf der Trommel24. dient und aus sechs verhältnismäßig dünnen Ionisierungsdrähten
28 besteht, die etwa 25 mm von der Oberfläche der Trommel 24 entfernt sind. Sie
sind mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle verbunden, deren
anderer
Pol geerdet ist, so daß ein ionisiertes elektrostatisches Feld in Verbindung mit
dem geerdeten Teil der Trommel erzeugt wird, (ler sich gerade den Ionisierungsdrähten
gegenüber befindet.
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Um die Ionisierungszone C dicht bei der Niederschlagstelle der Erzteilchen
auf der Trommel 24 anzuordnen, ist die Abstreiffläche 27 gegenüber der Zone konkav
gekrümmt, so daß das obere Ende des von den Drähten 28 gebildeten Bogens bis über
die untere Kante 30 geführt ist und dabei noch genügend gegen die Seite 27
isoliert bleibt, um einen Funküberschlag und einen Stromverlust zu verhindern.
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Um zu erreichen, daß die Ionisierung in der Zone C dicht und gleichmäßig
gegenüber der Oberfläche der Trommel 24, ist, ist ferner hinter den Ionisierungsdrähten
28 eine zur Trommel konzentrische, geerdete Metallelektrode 32 angebracht, die etwa
dieselbe Ausdehnung und Größe besitzt oder sogar noch etwas größer als die von den
Drähten 28 gebildete Elektrode ist.
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Der Ionisierungszone folgt dann eine Teilchen abscheidende, nicht
sprühende Zone D, wobei beide Zonen ineinander übergehen und zusammen sich ungefähr
über einen ganzen Halbkreis erstrecken, auf welchem die Behandlungstrommel eine
abwärts gerichtete Bewegungskomponente hat. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich die Zone D von 36 bis z8o° und umfaßt eine Mehrzahl von einen Durchmesser
von o,8 mm besitzenden Kupferdrähten 34, die mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle
verbunden sind, deren anderer Pol geerdet ist. Die Polarität der nicht sprühenden
Elektroden ist dieselbe wie die der Ionisierungsdrähte 28, und in Verbindung mit
der Trommel 24 entsteht so ein nicht ionisiertes elektrostatisches Feld in der Zone
D.
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Die von der Trommel 24 aufgenommenen und in der Ionisierungszone C
aufgeladenen Teilchen werden von der geerdeten Trommel angezogen. Wenn jedoch das
Bombardement der Teilchen aufhört, und sogar schon -während des Bombardements geht
die Aufladung der Teilchen allmählich auf die Trommel 24 über, wobei dieser Übergang
von dem Widerstand der einzelnen Teilchen und dem Spannungsgradienten des elektrostatischen
Feldes abhängt, durch das sie hindurchgehen. Die elektrostatischen Kräfte, durch
welche die Teilchen auf der Trommel festgehalten werden, vermindern sich mit dem
Verlust der Auf ladung und der Kraft, die zwischen einem aufgeladenen Teilchen und
den Elektroden 34 vorhanden ist, die eine Polarität von demselben Vorzeichen besitzen,
wie es die ursprüngliche Aufladung des Teilchens hat. Es wird bald ein Punkt erreicht,
an welchem Teilchen von geringer Leitfähigkeit infolge der Wirkung der Schleuder-
oder der Schwerkraft oder beider Kräfte die Trommel 24 verlassen. Zweckmäßig ist
eine Anzahl von aus Isolierstoff bestehenden Leitflächen 35, 36, 37 und 38 vorgesehen,
die nahe an die Trommel bzw. die Elektroden heranreichen und dazu dienen, die abgeschiedenen
Teilchen in die Sammelbehälter abzuführen. Diese Leitflächen dienen auch als Trennungsmittel,
um die Teilchen entsprechend ihrer Leitfähigkeit getrennt in die Behälter M,
N, 0, P und 0 herabfallen zu lassen.
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Um die aus Isolierstoff bestehenden und an der Trommel haftenbleibenden
Teilchen der Gangart abzuscheiden, ist nun eine dritte Abscheidezone Evorgesehen,
die isolierte, nicht sprühende Elektroden 4o von derselben Bauart und Anordnung
wie in .der Zone D besitzt, wobei diese Elektroden aber an eine Spannungsquelle
angeschlossen sind, welche die entgegengesetzte Polarität von der,die Elektro.-,den
34 speisenden Spannungsquelle besitzt und auch der Polarität der von der Trommel
festgeh einen hohen Widerstand besitzen, ,den Teilchen entgegengesetzt ist. Bei
dem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Zone E von etwa 195 bis 26z°. Gegebenenfalls
kann sich diese Zone noch weiter bis fast 36o° erstrecken. Die Zone E hat ein nicht
sprühendies elektrostatisches Feld, das auf die auf der Trommel befindlichen Teilchen
eine Anziehungskraft in Richtung nach den Elektroden 4o hin auszuüben sucht, so
daß die Teilchen von der Trommel abgezogen werden.
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Bei der Behandlung von manchen Erzen, die aus sehr kleinen Teilchen
von sehr hohem Widerstand bestehen, hat es sich gezeigt, daß diese Teilchen auf
der Trommel noch dann klebenbleiben, nachdem sie durch die Zone E hindurchgegangen
sind, so daß es wünschenswert ist, im Anschluß an die Zone E eine neutralisierende
Zone F vorzusehen, die sich ungefähr von 27o bis 33o° erstreckt und Sprühelektroden
42 enthält, welche aus verhältnismäßig dünnen Drähten bestehen, die im Aufbau und
in der Anordnung denjenigen der Zone C ähnlich sind. Diese Elektroden werden an
eine Wechselstromquelle angeschlossen, und hinter ihnen werden zweckmäßig nicht
sprühende Elektroden 44 vorgesehen, so daß die Aufladung derjenigen Teilchen, welche
die Zone F erreichen, in dieser Zone neutralisiert wird. Nachdem so die elektrostatische
Kraft, welche die Teilchen an der Trommel zu halten sucht, entfernt ist, fliegen
diese Teilchen von der Trommel weg oder können durch Bürsten leicht entfernt werden.
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Bei Anwendung einer Trommel von etwa
3oo mm Durchmesser
sind für die Behandlung von Eisenerzen, die aus Teilchen verschiedener Größe bestehen,
Geschwindigkeiten von etwa 7o bis 5oo m pro Minute und noch mehr angewendet worden,
was einer Drehzahl der Trommel 24 von etwa 6o bis 450 Umdrehungen pro Minute entspricht.
Eine zu niedrige Geschwindigkeit sollte nicht angewendet werden, denn die einen
hohen Widerstand besitzenden Teilchen haben die Eigenschaft, ihre Ladung zu verlieren
und von der Trommel fortzufliegen, bevor sie sich genügend weit von den Stellen
befinden, wo die verhältnismäßig gut leitenden Teilchen von -der Trommel abfliegen.
Andererseits bewirkt eine zu hohe Geschwindigkeit ein starkes Anwuchsen der Fliehkraft,
welche die Teilchen schnell von der Trommel abfliegen läßt, ohne daß sie in genügend
feinem Maß getrennt werden.
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Die an Spannung liegenden Elektroden, welche die verschiedenen elektrischen
Felder erzeugen, haben eine etwas größere Länge als der Zuführungstrichter 22 und
die Gestalt von Rosten, so daß die von der Trommel abgezogenen Teilchen leicht durch
sie hindurchgehen. Die von der Trommel abgezogenen Teilchen haben nur ein sehr geringes
Bestreben, an den Elektroden 28 und 34 festzuhaften, weil jedes Teilchen dieselbe
Polarität hat oder dieselbe Polarität wie die Elektroden 28 und 3.1 annimmt. Teilchen,
die an den Elektroden 4o haften, können durch gelegentliches Klopfen der Elektroden
abgeschüttelt werden, wenn die Zitterbewegung der Elektroden usw. sie nicht sauberhält.
Es ist zweckmäßig, starke, nicht sprühende elektrostatische Felder in den Zonen
D und E aufrechtzuerhalten, die nur durch den Durchhruchsgradienten der Luft begrenzt
sind. Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß Potentiale von 9 bis 15 Kilovolt
und sogar noch etwas mehr kräftige elektrostatische Felder erzeugen, die nicht so
leicht durchschlagen, wenn die von der Trommel abgezogenen Teilchen durch die Felder
hindurchfliegen.
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Beim Betrieb einer solchen Anlage ist es wünschenswert, daß das zu
behandelnde Erz ziemlich trocken ist, da eine verhältnismäßig hohe Feuchtigkeit
die Widerstandsunterschiede zwischen den Teilchen zu beseitigen sucht, indem sie
alle Teilchen verhältnismäßig stark leitend macht. Im allgemeinen sollte zur Erzielung
einer wirksamen und schnellen Trennung der Feuchtigkeitsgehalt kleiner als 30% sein,
obgleich bei manchen Erzen gute Ergebnisse auch mit Feuchtigkeitsgehalten bis zu
4o '/o und darüber erzielt werden können. Durch Erhitzen oder Trocknen des Erzes
kann jedenfalls eine bedeutende Verbesserung bezüglich des Wirkungsgrades und der
Schnelligkeit der Erzäufbereitung erreicht werden.
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Die in Abb. 2 dargestellte Ausführungsform entspricht im wesentlichen
der in Abb. i, nur haben die Zonen etwas andere Ausdehnungen, und es hat die Neutralisierungszone
eine andere Gestalt. Die Ionisierung C
der Abb. 2 erstreckt sich von 18 bis
5o1/2°, und hinter ihr ist eine Mehrzahl von geerdeten Drähten angeordnet, die aus
Kupfer bestehen und einen Durchmesser von 1,6 mm besitzen. Die Drähte beginnen an
dem Führungstrichter 22. Die Trennungszone D' und die zum Abziehen der Teilchen
von der Trommel dienende Zone E' sind im wesentlichen ebenso wie in der Abb. i ausgeführt,
aber sie erstrecken sich über einen Winkel von 45 bis 17i' und von 192 bis 252°.
Die Neutralisierungszone F' der Abb. 2 unterscheidet sich jedoch beträchtlich von
der in Abb. z, und zwar in der Beziehung, daß das Sprühfeld besser eingeteilt ist,
um die Rufladung auf den Teilchen, welche diese Zone erreichen, so nahe als möglich
auf Null zu bringen, so daß die Fliehkraft und die Schwerkraft die Teilchen von
der Trommel wegschleudern oder daß die Teilchen wenigstens abgebürstet oder abgekratzt
«-erden können, so daß sie die Trommeloberfläche verlassen, bevor diese wieder unter
die Offnung des Zuführungstrichters kommt.
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Die Zone F' enthält sechs Wolframdrähte von o,i min Durchmesser, welche
die Sprühelektroden 51 bis 56 bilden, wobei jeder Draht von dem nächsten 41/2° entfernt
ist und sich in einer Entfernung von etwa 25 min von der Trommel befindet. Hinter
diesen Sprühelektroden ist eine Mehrzahl von nicht sprühenden Kupferdrähten 57 bis
64 angeordnet, die einen Drahtdurchmesser von 1,6 mm besitzen. Diese Elektroden
haben von den Sprühelektroden einen radialen Abstand von etwa 25 mm. Im Ansch.luß
an die Sprühelektroden ist in demselben Kreis eine Mehrzahl von nicht sprühenden
Elektroden 65 angeordnet, die aus Kupferdraht mit einem Durchmesser von 1,6 mm bestehen.
Die Sprühelektroden der Zone F' sind in der Richtung der Trommeldrehung gesehen
mit stufenweise schwächeren Wechselstrompotentialen verbunden, während die hinter
ihnen angebrachten Elektroden vorgesehen sind, um weiterhin die Stärke des Sprühfeldes
in der Drehrichtung der Trommel schwächer werden zu lassen, so daß die Teilchen,
die sich noch auf der Trommeloberfläche befinden, wenn diese durch die letztere
Zone hindurchgeht, durch ein sprühendes Wechselfeld hindurchgehen, dessen Stärke
stufenweise abnimmt und so allmählich die Rufladung der Teilchen so weit neutralisiert,
daß diese von der Trommel wegfliegen. L ?m die
erforderlichen Potentiale
an den Elektroden der Zone F' zu erhalten, ist ein Potentiometer 66 vorgesehen,
das in Reihe zu einer Wechselstromquelle 67 geschaltet ist und neun Anzapfungen
hat, die durch Widerstände von je 5 Megohm voneinander getrennt sind. Die Anzapfung
68 ist geerdet und mit der nicht sprühenden Elektrode 57 verbunden, während die
folgenden Anzapfungen 69 bis 75 in entsprechender Weise an die nicht sprühenden
Elektroden 58 bis 64 einschließlich angeschlossen sind. Die Anzapfung 75 ist auch
noch mit den nicht sprühenden Elektroden 65 verbunden, so daß diese dasselbe Potential
besitzen. Die Ionisierungselektroden 5i und 52 haben das höchste Potential gegenüber
Erde und sind an die Anzapfung 76 angeschlossen. Die Sprühelektroden 53 und 54 sind
an die Anzapfung 74 und die Sprühelektroden 55 und 56 an die Anzapfung 73 angeschlossen.
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Bei dem Betrieb * der in Abb. 2 dargestellten Vorrichtung hat die
Sprühelektrode 5 1 das verhältnismäßig höchste Potential, und die hinter
ihr gelegenen und ihr zugeordneten nicht sprühenden Elektroden haben das verhältnismäßig
niedrigste Potential, so daß hier das gegenüber der geerdeten Trommel vorhandene
Wechselfeld verhältnismäßig am stärksten ist. In der Drehrichtung der Trommel nehmen
nun die Potentiale der Sprühelektroden stufenweise ab, während die Potentiale der
hinter ihnen liegenden und ihnen zugeordneten nicht sprühenden Elektroden sich denen
der sprühenden Elektroden nähern, so daß ihr Einfluß auf das Sprühfeld allmählich
zu einer Abschirmwirkung wird, die die Wirkung dieses Sprühfeldes abschwächt. So
entsteht in der Zone F' ein in der Drehrichtung der Trommel stufenweise schwächer
werdendes Sprühfeld.
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In der Neutralisierungszone ist bei beiden Ausführungsbeispielen die
Frequenz der Wechselstrom,spannung vorteilhaft genügend hoch gewählt, um mehrere
Umladungen der Rufladung eines jeden Teilchens zu bewirken, während es sich in der
Neutralisierungszone befindet. Aber die Frequenz ist andererseits zweckmäßig so
niedrig gewählt, daß eine Neutralisierung der Ionen- und Elektronenströme verhütet
wird, bevor diese die Teilchen erreichen. Eine Frequenz von ungefähr 500
Perioden hat sich als zweckmäßig gezeigt, um eine genügende Neutralisierung der
Teilchen, welche diese Zone erreichen, zu erzielen. Gegebenenfalls kann die Neutralisierungszone
fortgelassen und dafür die Zone E länger gemacht werden, wenn dies erforderlich
ist. Irr allgemeinen haben sich jedoch bessere Ergebnisse in Verbindung mit der
Neutralisierungszone ergeben.
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Es ist klar, daß sich auch andere Erze als Eisenerze mit den vorbeschriebenen
Vorrichtungen behandeln lassen und dabei ebenfalls gute Ergebnisse erzielt werden
können.