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Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Teilchen von verschiedenem
spezifischen Gewicht und verschiedener Korngröße Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Trennung von Teilchen von verschiedenem spezifischen Gewicht
und verschiedener Korngröße in einer hauptsächlich konisch konstruierten Trennungsvorrichtung
mittels einer unstabilen Suspension feiner schwerer Teilchen in einer Flüssigkeit.
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Als Beschwerungsmittel können verschiedene Materialien, wie Sand,
feine Steinchen, Magnetit, Baryt usw., benutzt werden. Diese Stoffe werden entweder
durch das zu trennende Material selbst geliefert oder als Trennungssuspension hinzugefügt.
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Die bekannten Vorrichtungen für die Ausführung dieses Verfahrens sind
auf verschiedenen Höhen mit Zufuhrröhren für Wasser versehen, um eine Aufwärtsströmung
zu erzeugen, in der das Beschwerungsmittel in Suspension gehalten wird. Weiter sind
Rührwerke vorgesehen, um an den verschiedenen Stellen einer bestimmten Horizontalebene
zu einem gleichen spezifischen Gewicht zu gelangen.
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Das zu trennende Material wird oben in die Aufbereitungsvorrichtung
zugeführt und in der obersten Zone, der sogenannten Trennungszone, getrennt.
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Die Teile mit einem spezifischen Gewicht, das niedriger ist als das
der benutzten Trennungsflüssigkeit, bleiben schwimmen, während die Teile mit einem
höheren spezifischen Gewicht sich absetzen und durch eine Öffnung in der Spitze
der Trennungsvorrichtung abgeführt werden.
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Bei der Ausführung dieses Verfahrens stößt man auf die Schwierigkeit,
das spezifische Gewicht in der Trennungszone,
die hauptsächlich
durch die Konzentration der Suspensionsteilchen, welche in dieser Zone durch die
Aufwärtsströmung suspendiert bleiben, bestimmt wird, konstant zu halten.
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Da die Menge Beschwerungsmittel in der Zufuhr und die Korngrößenverteilung
desselben über einen bestimmten Zeitabschnitt in der Regel nicht konstant sind,
sind Änderungen in der Zusammensetzung der Teilchen, die suspendiert bleiben, und
infolgedessen Änderungen des spezifischen Gewichts dieser Zone zu erwarten.
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Derartige Schwankungen werden, je nachdem die Suspensionsteilchen
einen größeren spezifischen Gewichtsbereich umfassen und es sich herausstellt, daß
die Verteilung der Teilchen über dieses Gebiet nicht konstant ist, steigen.
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Eine andere Ursache für die Unregelmäßigkeit des spezifischen Gewichts
liegt darin, daß die spezifisch schweren Teile, welche in der Spitze abgeführt weiden,
immer eine gewisse Menge des Beschwerungsmittels mit sich führen.
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Verschiedene Methoden, um die spezifisch schweren Teile abzuführen,
sind schon vorgeschlagen worden. So ist z. B. eine Konstruktion bekannt, bei der
in der Spitze der Trennungsvorrichtung ein flüssigkeitsgefüllter Ablaßraum vorgesehen
ist, welcher an beiden Enden mittels Schiebeverschlüssen abwechselnd geöffnet werden
kann. Öffnet sich der obere Schiebeverschluß, so werden die Teile, die in der Spitze
der Trennungsvorrichtung gesammelt sind, sich im Ablaßraum absetzen. Nach einem
bestimmten Zeitabschnitt wird der obere Schieber geschlossen und der untere geöffnet
und der Ablaßraum geleert. Dann wird der untere Schieber wieder geschlossen und
der Raum mit Flüssigkeit gefüllt, so daß eine neue Ladung aufgenommen werden kann.
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Ein Nachteil dieser Methode liegt in der Schwierigkeit, das spezifische
Gewicht der Suspension in der Trennungsvorrichtung konstant zu halten, wenn intermittierend
Teile des Beschwerungsmittels abgeführt werden.
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Man hat darum schon vorgeschlagen, die Ablaßöffnung in der Spitze
mit einer Schiebeplatte oder einer rotierenden Scheibe mit Öffnungen verschiedenen
Durchmessers zu versehen, wodurch es möglich ist, kontinuierlich abzulassen. Die
Menge abgelassener Flüssigkeit lind Beschwerungsmittel ist nun regelbar, indem man
Öffnungen verschiedenen Durchmessers unter der Ablaßöffriung in der Spitze der Trennungs=
vorrichtung anbringt. Auch diese Vorrichtung hat aber ihre Nachteile. So ist es
z. B. unmöglich, wenn man auch die Platte oder die Scheibe mit einer Anzahl nur
wenig im Durchmesser verschiedenen Löcher versieht, einen kontinuierlichen Übergang
von einem zum anderen Durchmesser zu verwirklichen. Außerdem ist es beim Ändern
des Durchmessers unvermeidlich, daß einen Augenblick die Ablaßöffnung völlig geschlossen
ist. Auf diese Weise ist es also nicht zu vermeiden, daß das spezifische Gewicht
in der Trennungsvorrichtung plötzlichen Schwankungen ausgesetzt ist.
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Man hat diese Art und Weise des Ablassens zu verbessern versucht,
indem man die Spitze der Trennungsvorrichtung mit einem biegsamen Irisdiaphragma
versehen hat, welches es kontinuierlich abzulassen ermöglicht. Der Nachteil derartiger
Diaphragmen oder der obenerwähnten Schiebeplatten oder Drehscheiben liegt darin,
daß, wenn nur relativgeringe `-sengen Flüssigkeit abzulassen sind, der Durchmesser
der Öffnung zu klein ist, so daß letztere, wenn die Flüssigkeit Teilchen relativ
großer Abmessungen enthält, verstopft werden kann. Aus diesem Grunde hat man denn
auch schon vorgeschlagen, das spezifische Gewicht zu regeln, indem man die Intensität
einer in der Ablaßöffnung erzeugten Aufwärtsströmung variiert, da die Menge des
abgeführten Beschwerungsmittels bestimmt wird durch die Geschwindigkeit dieser Aufwärtsströmung.
Die bekannte Ausführungsform dieses Typs ist mit einer Eimerleiter o. dgl. für die
Entfernung der abgeführten Produkte versehen, wodurch die Anlage im ganzen sehr
kompliziert wird. Die Menge Flüssigkeit, welche diesem Vorschlag gemäß durch die
Ablaßöffnung in den Trennungstrichter geführt wird, wird abhängig von dem Widerstand
dieser Zufuhr eingestellt, so daß sie abhängig ist vom Mittelwert des spezifischen
Gewichts über der Gesamthöhe der Trennungsvorrichtung.
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Die Erfindung bezweckt, die obenerwähnten Nachteile zu beseitigen
und die Ablaßvorrichtung derart zu verbessern, daß das spezifische Gewicht in der
Trennungszone möglichst gleich mit dem gewünschten Trennungs- (spezifischen) Gewicht
ist. Weiter erfolgt die Regelung des spezifischen Gewichts ganz automatisch, und
das ganze oder teilweise Verstopfen der Ablaßöffnung wird vermieden.
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Dies wird erzielt dadurch, daß der Erfindung gemäß die Geschwindigkeit
des Flüssigkeitsstroms, welcher durch die Ablaßöffnung in die Trennungsvorrichtung
geführt wird, in Abhängigkeit von dem spezifischen Gewicht der Suspension in der
Trennungszone eingestellt wird.
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Vorzugsweise werden die sich absetzenden Teile im Rückstrom mit diesem
Flüssigkeitsstrom durch die Ablaßöffnung abgeführt in einen Ablaßraum, in dem Flüssigkeit
zugeführt wird und woraus das getrennte Produkt zusammen mit einer Menge Flüssigkeit
kontinuierlich abgelassen wird.
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Die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms, der aus dem Ablaßraum
durch die Ablaßöffnung in die Trennungsvorrichtung strömt, ist auf verschiedene
Weise regelbar. Im allgemeinen braucht nur das Übermaß der Flüssigkeit, die in den
Ablaßraum hineinströmt in Abhängigkeit von dem spezifischen Gewicht in der Trennungszone
gesegelt zu werden. Dies kann erfolgen, indem man den Einlaß oder den Auslauf des
Ablaßraums oder beide regelt. Vorzugsweise braucht man aber nicht den Auslauf zu
ändern, weil hierdurch das abgesetzte Produkt abgeführt werden müßte und eine geräumige
Ablaßöffnung von großer Wichtigkeit ist, um Verstopfung derselben zu vermeiden.
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Aus diesem Grunde wird denn auch bei einer bestimmten Ausführungsform
der Erfindung nur die :Menge Flüssigkeit, welche in den Ablaßraum geführt wird,
geregelt.
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Andere Methoden, um den Flüssigkeitsstrom durch die Ablaßöffnung zu
ändern, sind aber auch möglich. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die
Trennungsvorrichtung
mit einem Ablaßraum versehen, in dem eine konstante Menge Wasser zugeführt wird.
Dieser Raum hat eine Auslauföffnung mit konstantem Durchmesser und ist mit der Trennungsvorrichtung
mittels einer Öffnung verbunden, die stets offen bleibt, deren Durchmesser jedoch
nach und nach geändert werden kann, z. B. ein biegsames Irisdiaphragma.
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Indem man im Ablaßraum die Menge zugeführter Flüssigkeit konstant
hält, während die Auslauföffnung dieses Raums ebenfalls konstant bleibt, ist die
Intensität des Aufwärtsstroms in der Öffnung, die den Ablaßraum mit der Trennungsvorrichtung
verbindet, regelbar, indem man den Durchmesser dieser Öffnung variiert. ' Dieser
Durchmesser kann viel größer genommen werden als in dem Falle, daß die Trennungsvorrichtung
frei ausmündet (infolge der Aufwärtsströmung), so daß die Möglichkeit, daß diese
Öffnung sich verstopft, viel kleiner ist.
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Auch der Durchmesser der Auslauföffnung des Ablaßraums kann größer
gewählt werden.
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Der Durchmesser des obengenannten biegsamen Irisdiaphragmas ist mittels
Druckluft regelbar, deren Druck mit den Änderungen des spezifischen Gewichts in
der Trennungszone variiert.
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Obgleich durch diese Verbesserungen schon mehrere der anfangs genannten
Nachteile beseitigt werden, ist es doch noch möglich, daß Teilchen relativ großer
Abmessungen die Öffnungen verstopfen. Der Erfindung gemäß strömt nun die Flüssigkeit
mit dem abgesetzten Produkt aus dem Ablaßraum tangential in einen zylindrischen
Raum, woraus es axial abgeführt wird, so daß ein Auslaufwiderstand erzeugt wird.
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Ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung für die Regelung der
Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten, der sogenannte Ablaßzyklon, hat den
großen Vorteil, daß eine gleich große Menge durch eine Öffnung abgelassen wird,
deren Durchmesser ein Vielfaches dessen einer normalen Ablaßöffnung ist. Diese Vorrichtung
besteht aus einem hauptsächlich zylindrischen oder konischen Behälter relativ geringen
Durchmessers, welcher mit wenigstens einem axialen Auslauf versehen ist.
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Der große Vorteil im Gebrauch eines Ablaßzyklons liegt darin, daß
der Durchmesser der Einlaß- oder der Auslauföffnung ein Vielfaches desjenigen einer
gebräuchlichen Auslauföffnung ist, welche eine gleich große Menge Flüssigkeit durchläßt.
Dies bedeutet, daß, wenn eine normale konische Trennungsvorrichtung in der Spitze
mit einer Auslauföffnung versehen ist, diese Öffnung z. B. 1', bis 1,'1o der Einlaß-
und Auslauföffnung eines Ablaßzyklons betragen soll, welcher eine gleich große Menge
Flüssigkeit unter gleichen Umständen durchlassen muß. Es besteht also wenig oder
keine Gefahr, daß die Auslauföffnung eines Ablaßzyklons verstopft wird.
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Der Vorteil dieser Ablaßvorrichtung ist, daß die .Menge abgelassener
Flüssigkeit mehr oder weniger proportional mit der Viskosität der Flüssigkeit ist,
mit anderen Worten, daß, wenn das spezifische Gewicht der Flüssigkeit hoch ist,
wenn also die Flüssigkeit eine relativ große Menge Beschwerungsmittel enthält, die
Viskosität relativ hoch sein wird, so daß die Ablaßvorrichtung eine relativ große
Menge Flüssigkeit ablassen kann.
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Dies bedeutet, daß mehr Beschwerungsmittel aus der Trennungsvorrichtung
herauskommt, so daß das spezifische Gewicht darin abnimmt und demzufolge auch die
Viskosität, so daß die Menge abgelassener Flüssigkeit abnimmt und zugleich weniger
Beschwerungsmittel abgeführt wird, was eine Zunahme des spezifischen Gewichts in
der Trennungsvorrichtung verursacht.
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Auf diese Weise ist das mittlere spezifische Gewicht in der Trennungsvorrichtung
innerhalb gewisser Grenzen ganz automatisch regelbar, was natürlich beim Re- . geln
des spezifischen Gewichts in der Trennungszone sehr nützlich ist. ' Durch eine Änderung
der Menge Flüssigkeit, welche in den Ablaßraum geführt wird, ändert sich auch die
Intensität der Aufwärtsströmung in der Ablaßöffnung der Trennungsvorrichtung. Dieser
Effekt superponiert sich auf den obengenannten Effekt der Ablaßvorrichtung. So.
nimmt, falls das spezifische Gewicht in der Trennungszone zu niedrig ist, die Flüssigkeitsmenge
zu, was eine stärkere Aufwärtsströnmug in der Ablaßöffnung verursacht, so daß weniger
Beschwerungsmittel abgeführt wird, und dies hat wieder ein niedrigeres spezifisches
Gewicht und demgemäß auch eine niedrigere Viskosität im Ablaßraum zur Folge. Hierdurch
wird weniger Flüssigkeit im Ablaßzyklon durchgelassen, so daß der Effekt des Aufwärtsstroms
erhöht wird. Es ist also klar, daß die beiden Effekte einander verstärken. , Sobald
das spezifische Gewicht in der Trennungsvorrichtung den erforderlichen Wert erreicht
hat, wird die Flüssigkeitsmenge, die in den Ablaßraum zugeführt wird, vermindert,
so daß mehr Beschwerungsmittel abgelassen wird und der Prozentsatz an festen Teilchen
im Wasser im Ablaßraum zunimmt, ebenso wie die Viskosität der Flüssigkeit, wodurch
mehr Flüssigkeit durch den Zyklonauslauf abgeführt wird usw. Auf diese Weise sind
Änderungen des spezifischen Gewichts innerhalb weiterer Grenzen abzufangen.
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Eine andere Möglichkeit, welche die Erfindung bietet, besteht im Konstanthalten
der Flüssigkeitsmenge, die an den Ablaßraum zugeführt wird, und in einer Änderung
des Durchmessers der Einlaß- oder Auslaßöffnung des Ablaßzyklons.
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Ebenso sind die Mengen der an den Ablaßraum zugeführten Flüssigkeit
und die Einlaß- oder Auslauföffnung des Ablaßzyklons regelbar. Weiter ermöglicht
die Erfindung, das obengenannte Irisdiaphragma zwischen der Trennungsvorrichtung
und dem Ablaßraum mit dem Zyklonablaß zu kombinieren, wobei dann die an den Ablaßraum
zugeführte Flüssigkeitsmenge konstant gehalten wird und das spezifische Gewicht
in der Trennungszone dadurch geregelt wird, daß der Durchmesser des Irisdiaphragmas
in Abhängigkeit von den spezifischen Gewichtsänderungen in der Trennungszone geändert
wird.
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Um die an den Ablaßraum zuzuführende Wassermenge ändern zu können,
falls diese in Abhängigkeit von dem spezifischen Gewicht in der Trennungszone geregelt
werden muß, ist es vorteilhaft, die Wasserzufuhrröhre
mit einem
Irisdiaphragma zu versehen, welches aus einem zylindrischen Teil aus Gummi oder
einem anderen geeigneten biegsamen Material besteht, dessen Durchmesser durch Änderung
des Drucks auf die Außenwand geändert werden kann.
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Dieser Druck ist pneumatisch gemäß den Änderungen des spezifischen
Gewichts in der Trennungszone regelbar mittels zwei Röhren, die an verschiedenen
Tiefen in die Trennungszone ausmünden.
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Indem nun Luft von einem solchen Druök in diese Röhren gepreßt wird,
daß stets Luft aus den Enden dieser Röhren durch das Bad hinaufbrodelt, und indem
die anderen Enden dieser Röhren mit dem Bedienungsmechanismus eines automatischen
Reduzierventils verbunden werden, wird dieses Reduzierventil durch den Druckunterschied
zwischen den beiden Flüssigkeitsniveaus, wo die Luftröhren in das Bad ausmünden,
geregelt, und wenn die Distanz zwischen beiden Flüssigkeitsniveaus konstant gehalten
wird, hängt dieser Druckunterschied nur vom spezifischen Gewicht in der Trennungszone
ab.
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Nimmt das spezifische Gewicht zu, so wird auch der Druckunterschied
ebenso wie der mittels des Reduzierventils regelbare Luftdruck steigen, und infolgedessen
nimmt der Durchmesser des Irisdiaphragmas ab, so daß weniger Wasser an den Ablaßraum
zugeführt wird und daher der Aufwärtsstrom in der Ablaßöffnung zwischen der Trennungsvorrichtung
und dem Ablaßraum gleichfalls abnimmt, so daß mehr Beschwerungsmittel abgelassen
wird.
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Dies verursacht eine Abnahme des spezifischen Gewichts in der Trennungszone,
d. h. eine Abnahme des Druckunterschieds zwischen beiden Flüssigkeitsniveaus, wo
die Luftröhren ausmünden, so daß der mittels des Reduzierventils regelbare Druckunterschied
gleichfalls abnimmt.
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Infolgedessen nimmt auch der Luftdruck auf die Außenwand des Irisdiaphragmas
ab, so daß wieder mehr Wasser dem Ablaßraum zugeführt wird und die Intensität des
Aufwärtsstroms steigt, wodurch weniger Beschwerungsmittel abgelassen wird und das
spezifische Gewicht in der Trennungszone wieder zunimmt usw. Im Falle, daß das Flüssigkeitsniveau
in der Trennungszone konstant ist, wird nur eine Luftröhre benötigt, weil dann nur
der Druckunterschied zwischen den Flüssigkeitsniveausdes Bades und der Stelle, wo
die Luftröhre in der Flüssigkeit ausmündet, gemessen zu werden braucht.
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Gleicherweise ist auch der Durchmesser des Irisdiaphragmas zwischen
der Trennungsvorrichtung und dem Ablaßraum regelbar.
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Die vorliegende Erfindung soll an Hand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel
einer Trennungsvorrichtung darstellt, in der der Aufwärtsstrom durch die Ablaßöffnung
in der Spitze erfindungsgemäß regelbar ist, näher erläutert werden.
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Die Trennungsvorrichtung besteht aus einem trichterförmigen Teil i
und einem zylindrischen Oberteil 2, welcher mit einem Überlauf 3 und einer Rinne
4 versehen ist. Das zu trennende Material, das die feinen Suspensionsteilchen enthält,
wird durch eine Rinne 6 in den zylindrischen Teil 5 zugeführt, der bis unter den
Rand in der Trennungsvorrichtung hervorragt. Durch die ganze Trennungsvorrichtung
wird ein Aufwärtsstrom erzeugt, indem man Flüssigkeit an verschiedenen Höhen in
den trichterförmigen Teil durch eine Anzahl nicht gezeichneten Röhren führt.
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Im Oberteil der Trennungsvorrichtung wird nun eine Schicht in der
Flüssigkeit schwebender Teilchen instand gehalten. Die Vorrichtung ist mit einem
mechanischen Rührwerk versehen, das aus einer rotierenden Achse 7 besteht, auf der
Schraubenflügel montiert sind, und einem Zahnrad 9 für den Antrieb derselben. Das
sinkende Material fällt durch die Ablaßöffnung io in den Ablaßraum ii, welcher mittels
eines Auslaufs 13 mit der Ablaßvorrichtung 15 verbunden ist, in die die Flüssigkeit
mit den abgesetzten Teilchen bei 14 tangential eintritt, eine kreisförmige Bahn
durchläuft und axial durch den Auslauf 16 austritt.
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Eine Wasserzufuhrröhre 12, versehen mit einem Einlaßhahn 28 und einem
biegsamen Irisdiaphragma 27, ist mit dem Ablaßraum verbunden. Der Durchmesser dieses
Irisdiaphragmas wird mittels Luftdruck eingestellt, und letzterer ist mittels des
Kontrollmechanismus 22 und des Reduzierventils 23 regelbar. Die Luft wird durch
den Hahn 24 und die Röhre 25 diesem Ventil zugeführt und von dort an das Irisdiaphragma
über die Röhre 26.
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Eine Tauchröhre 18 steckt in der Trennungszone des Behälters. Luftdruck
wird in diese Röhre über den Hahn 20 und die Röhre i9 zugeführt. Der Luftdruck in
der Tauchröhre hängt vom spezifischen Gewicht der Suspension in der Trennungszone
ab. Dieser Luftdruck betätigt den Kontrollmechanismus 22, welcher wieder das Reduzierventi123
betätigt, wodurch der Durchmesser des Irisdiaphragmas und demzufolge die Flüssigkeitszufuhr
an den Ablaßraum geregelt wird.
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Wenn durch die Röhre 12 in den Ablaßraum eine größere Flüssigkeitsmenge
zugeführt wird als die, welche durch den Ablaß wegströmt, wird in der Öffnung io
der Trennungsvorrichtung ein Aufwärtsstrom erzeugt. Dieser ist in Abhängigkeit vom
spezifischen Gewicht der Suspension in der Trennungszone einstellbar, wodurch dieses
spezifische Gewicht konstant zu halten ist.
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Wie schon oben beschrieben wurde, unterstützt die Ablaßvorrichtung
15 die Wirkung des Kontrollapparats dadurch, daß sie den Änderungen des durchschnittlichen
spezifischen Gewichts begegnet.