DE878781C

DE878781C - Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Gemischen von Partikeln unterschiedlicher Wichte und Korngroesse nach der Wichte

Info

Publication number: DE878781C
Application number: DEM9690A
Authority: DE
Inventors: Cornelis Dijksman; Freerk Jan Fontein
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1950-05-30
Filing date: 1951-05-31
Publication date: 1953-06-05
Also published as: FR1044740A; BE503581A; US2819795A; GB704890A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Trennen von Gemischen von Partikeln zweier oder mehrerer Stoffe unterschiedlicher Wichte und Korngröße in der Weise, daß zwei Fraktionen anfallen, von denen eine Fraktion vorwiegend spezifisch leichtere Partikeln, die andere vorwiegend spezifisch schwerere Partikeln enthält.

Als beliebig gewähltes Beispiel sei erwähnt das Trennen eines Gemisches von Kohle- und Bergepartikeln in eine Fraktion, die einen niedrigen Aschengehalt aufweist und vorwiegend die Kohle enthält, und eine zweite, die einen hohen Aschengehalt hat und vorwiegend die Berge enthält.

Es war bereits bekannt, eine derartige, nach spezifischem Gewicht erfolgende Trennbehandlung mit Hilfe von Flüssigkeiten durchzuführen, deren Wichte zwischen den jeweiligen spezifischen Gewichtswerten der zu trennenden Stoffe liegt. Die erwähnten Flüssigkeiten können aus einem Gemisch von Flüssigkeiten oder aus einer Lösung bestehen. Weiterhin ist es üblich, das spezifische Gewicht einer Flüssigkeit zu steigern, und zwar dadurch, daß man Feststoffe derart in sie suspendiert, daß sie sich in der Flüssigkeit in feinverteiltem Zustande befinden. So verwendet man in der Praxis häufig Suspensionen, die durch Aufschwemmung von Löß, zermahlenen Bergen, Baryt oder Magnetit in Wasser hergestellt sind.

Eine bedeutende Verbesserung dieses oft langsam vor sich gehenden Waschverfahrens erzielt man durch Anwendung sogenannter Hydrozyklone, wie sie unter anderem in den niederländischen Patentschriften 58 482 und 58 691 und in dem J.Inst. of Fuel, Dec. 1945, S. 33 bis 47, beschrieben sind.

Für gewöhnlich bestehen diese Hydrozyklone aus einem Gefäß, das sich in einer Richtung verjüngt und dessen Begrenzung einer geschlossenen Umdrehungsfläche entspricht und eine oder mehrere an seinem breiteren Ende befindliche Tangentialzuleitungen und zwei bzw. als Ablaß- und Überlauföffnung bezeichnete, zentral angeordnete kreisförmige Abfuhr öffnungen aufweist, von denen die Ablaßöffnung sich an der Spitze und die Überlauföffnung in der Wand, die der to Spitze gegenüberliegt, befinden. Der Rand der Überlauföffnung kann als eine sich bis in das Innere des Hydrozyklons erstreckende, kurze, überlauf rohrähnliche Fortsetzung ausgebildet sein und soll weiterhin Überlaufrohr genannt werden.

Wird ein Gemisch von Partikeln unterschiedlicher Wichte, das sich in Suspension in einer Flüssigkeit befindet, deren Wichte zwischen den entsprechenden spezifischen Gewichtswerten der zu trennenden Partikeln liegt, unter Druck durch einen derartigen Hydrozyklon, der geeignete Form und Abmessungen aufweist, geleitet, so ergibt sich eine nach spezifischem Gewicht erfolgende Trennung. In der Flüssigkeit, die aus der Ablaßöffnung austritt und die weiterhin als Ablaß bezeichnet werden soll, hat sich die spezifisch schwerere Komponente gesammelt, in der Flüssigkeit, die der Überlauföffnung entstammt und weiterhin als Überlauf bezeichnet werden soll, die spezifisch leichtere Komponente. Es ist deutlich, daß, wenn als Trennflüssigkeit eine Suspension, die aus feinen Partikeln eines Feststoffs, beispielsweise aus Partikeln von Löß oder Magnetit, durch Aufschwemmung in Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, zusammengesetzt ist, verwendet wird, von den in dem Hydrozyklon auftretenden, starken Zentrifugalkräften auch die Suspension beeinfhißt wird. -

Dies hat einen gewissen Eindickeffekt zur Folge. Der Ablaß erfährt, relativ betrachtet, eine Anreicherung an Feststoff, der Überlauf eine Verringerung. Nur wenn die Trägersuspension sehr fein ist, wäre es möglich, diesen Eindickeffekt in der Praxis außer Rechnung zu lassen. Die Suspension ist dann unter den für seine Anwendung gegebenen Verhältnissen als stabil zu betrachten.

In der Praxis bedient man sich dieses Eindickeffekts. Wäscht man unter Anwendung nicht stabiler Suspensionen in einem Hydrozyklon, so liegt die Trennwichte stets höher als das spezifische Gewicht der zur Verwendung gelangenden Suspensionen. Sie kommt annähernd dem spezifischen Gewicht der Suspension gleich, die nach erfolgter Abtrennung der Partikeln, welche den Gegenstand der Trennbehandlung bilden, aus der Ablaßöffnung austritt. So kann man mit einer Lößsuspension, deren spezifisches Gewicht 1,2 beträgt, auf Trennwichte 1,5 waschen.

Das spezifische Gewicht der Trennungssüspension läßt sich naturgemäß nicht beliebig so weit steigern, daß es etwa dem spezifischen Gewicht des verwendeten Beschwerungsstoffs gleichkäme, weil in diesem Falle die Viskosität der in dem Hydrozyklon eingedickten Suspension derart stark ansteigen würde, daß es nicht möglich wäre, einen guten Trenneffekt zu erzielen.

Es zeigte sich, daß bei Verwendung nicht stabiler

. Suspensionen die Höchsttrennwichte, die zu erreichen möglich ist, annähernd dem spezifischen Gewicht einer Suspension gleichkommt, die 50 Volumprozent Beschwerungsstoff enthält. Dies entspricht dann der Konzentration des Beschwerungsmittels in der im Ablaß erhaltenen Suspension. Die Konzentration der Zufuhrsuspension muß unbedingt unter dem erwähnten Wert liegen, weil sonst die hohe Viskosität an und für sich bereits einer guten Zyklonwirkung im Wege stünde. Eine derart hohe Trennwichte ist daher bei stabilen Suspensionen nicht erzielbar.

Hieraus folgt, bei Bezeichnung des spezifischen Gewichts der Trägerflüssigkeit als d_t und des spezifischen Gewichts des Beschwerungsstoffs als d_v, daß die erzielbare Höchsttrennwichte geringer ist als

di -\- d_v

⁵⁴ ■

oder diesem Bruch gleichkommt. Gemäß dem in der erwähnten niederländischen Patentschrift 58 482 beschriebenen Verfahren kann demnach maximal bei den in der nachstehenden Tabelle angegebenen Trennwichten gewaschen werden: Wasser als Suspensionsmittel

Beschwerungsstoff

Trennwichte

Löß oder zermahlene Berge

(spezifisches Gewicht 2,6) ..... 1,8

Baryt (spezifisches Gewicht 4,5) .... 2,75

Magnetit (spezifisches Gewicht 4,8) .-.. 2,9

FerrOsilicium (spezifisches Gewicht 6,8) 3,9

Galenit (spezifisches Gewicht 7,0) ... 4,0

Zum Waschen gemäß den bekannten Verfahren lassen sich somit nur Suspensionen verwenden, die Stoffe enthalten, deren spezifisches Gewicht das spezifische Gewicht der spezifisch leichtesten Fraktion des zu trennenden Gemisches um ein beträchtliches übersteigt. Sämtliche in der Tabelle aufgeführten Beschwerungsstoffe kommen für den Kohlewäschebetrieb, 'bei dem man die Kohle (spezifisches Gewicht 1,3 bis 1,55) von den Bergen (spezifisches Gewicht 1,55 bis 2,6) trennt, in Betracht. Weil Löß und zermahlene Berge die billigsten Beschwerungsmittel sind, wird man selbstverständlich diese an erster Stelle wählen. Beim Waschen von Feinkohle stößt man aber bei der Behandlung, durch die die Kohle von den feinen Beschwerungsstoffpartikeln aus der anfallenden Kohlefraktion getrennt werden sollen, auf Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten lassen sich aber vermeiden, wenn man Magnetit als Beschwerungsstoff verwendet. Dank den magnetischen Eigenschaften des Magnetits kann die Trennung und die Wiederauffrischung der Suspension ohne besondere Schwierigkeiten durchgeführt werden; dies laßt die Verwendung des Magnetits, das um vieles teurer als die sonstigen Beschwerungsmittel ist, wirtschaftlich verantwortbar erscheinen.

Zum Waschen von Erzen, deren spezifisch leichteste Fraktion die Gangart (spezifisches Gewicht 2,6 oder darüber hinaus) darstellt, läßt sich in einigen Fällen Magnetit gerade noch verwenden. Meistens aber ist es notwendig, das kostspieligere Ferrosilicium oder das schwerer wiederzugewinnende Galenit zu verwenden.

Eine Möglichkeit, die in Jor Praxis angewandt wird, besteht darin, die feinste Fraktion der schwersten Komponente des zu trennenden Gemisches als Beschwerungsstoff zu verwenden. Besonders, wenn es wichtig ist, die schwerste Komponente als Trennprodukt in möglichst reiner Form zu erhalten, kann es von großer Bedeutung sein, diese Variante anzuwenden. Die anfallende spezifisch leichtere Fraktion ist dann aber für gewöhnlich mit Partikeln der Trennsuspension

ίο verunreinigt.

Es gibt Fälle, in denen eine Verunreinigung durch Beschwerungsstoff möglichst zu vermeiden ist. Dies trifft z. B. für die Nahrungsmittelindustrie zu. Das Waschen mittels einer Suspension ist dann nahezu völlig ausgeschlossen. Die Anwendung spezifisch schwerer Flüssigkeit ist in vielen Fällen zu kostspielig. Hinzu kommt manchmal der Nachteil, daß derartige Flüssigkeiten dem Produkt oder der Gesundheit schädlich sind.

Es wurde nunmehr ein neues Verfahren und zugehörige Vorrichtung gefunden, mit denen es möglich ist, das Waschen von Gemischen unterschiedlicher Wichte und Korngröße in einem Hydrozyklon bei wesentlich höheren Trennwichten durchzuführen, als es bei den bekannten Methoden bisher gelang, d. h. bei einer Trennwichte, die höher als das spezifische Gewicht der zur Verwendung gelangenden Waschflüssigkeit liegt, oder, wenn man sich einer nicht völlig stabilen Suspension bedient, bei einer Trennwichte, die höher liegt, als das spezifische Gewicht der unter den jeweiligen Verhältnissen im Ablaß enthaltenen Suspension.

Um den Kern der Erfindung besser zu verstehen, ist es notwendig, sich etwas eingehender mit den in dem Hydrozyklon abspielenden Vorgängen zu befassen.

Im Einklang mit dem in der Einführung bereits Erwähntem soll im Sinne dieser Erfindung unter der Bezeichnung Hydrozyklon ein, von einer glatten, in sich geschlossenen Umdrehungsfläche begrenztes Gefäß verstanden werden, das sich in einer Richtung verjungt und an seinem geräumigsten Teil mit einer oder mehreren Zuleitungen ausgestattet ist, die zu ununterbrochener, tangentialer Einleitung von Flüssigkeit unter Druck vorgesehen sind, und das an der Spitzenseite sowie an der derselben gegenüberliegenden Seite je eine zentral angeordnete, kreisrunde Abfuhröffnung aufweist, die in der weiteren Beschreibung als Ablaßbzw. Überlauföffnung bezeichnet wird, wobei die Überlauföffnung mit einem sich bis in das Zykloninnere erstreckenden zylindrischen Rohr ausgestattet ist, das in der Erfindung Überlauf rohr genannt wird. Die aus der Ablaßöffnung austretende Fraktion wird weiterhin Ablaßfraktion genannt, während jene, die aus der Überlauföffnung austritt, als Überlauffraktion bezeichnet wird. Leitet man in einen derartigen Hydrozyklon Flüssigkeit unter Druck ein, so entsteht im Inneren des Hydrozyklons eine schnell rotierende Strömung. Ist die Ablaßöffnung im Verhältnis zur Überlauföffnung klein, so tritt alle Flüssigkeit durch die Überlauföffnung aus. Es entsteht im Inneren des Zyklons längs dessen Wandung ein starker Flüssigkeitswirbel, der auf die Zyklonspitze zustrebt. In nächster Nähe der Spitze krümmt sich der rotierende Flüssigkeitsstrom zum Inneren des Zyklons zu und bildet einen inneren zentralen Wirbelj-dessen Form einem zylindrischen Flüssigkeitsmantel entspricht. Hierin rotiert die Flüssigkeit sehr schnell, während sie außerdem eine recht große axiale Geschwindigkeitskomponente aufweist, die ein schnelles Austreten der Flüssigkeit, und zwar durch die Überlauföffnung erzwingt. Rings um die Achse des Hydrozyklons bildet sich hierbei ein hohler Kern, dessen Durchmesser unter anderem vom Durchmesser der Überlauföffnung beeinflußt wird. Im erwähnten Falle, wo eine Ablaßöffnung geringeren Durchmessers vorliegt, weist der Hohlkern einen größeren Durchmesser als die Ablaßöffnung auf.

Es zeigt sich, daß in einer derartigen Zyklonströmung die tangentiale Geschwindigkeitskomponente der Flüssigkeit beim Sichverringern des Rotationsradius ansteigt. Aus theoretischen Betrachtungen und praktischen Versuchen konnte festgestellt werden, daß jene Zunahme der tangentialen Geschwindigkeitskomponente der achsenwärts wirbelnden Flüssigkeit an einer gewissen Stelle aufhört, und zwar dort, wo die abwärts strömende Zyklonströmung in den der Überlauföffnung zuströmenden, zentralen Wirbel übertritt. Außerhalb des zentralen zylindrischen Flüssigkeitsmantels hat die Flüssigkeit eine zentripetale, radial gerichtete Geschwindigkeitskomponente, die beim Sichverringern des Abstands zur Achse ansteigt; in dem zentralen Flüssigkeitszylinder fehlt hingegen diese go radiale Geschwindigkeitskomponente nahezu völlig. In ihm verringert sich die tangentiale Geschwindigkeitskomponente in Richtung zur Achse, und zwar im Gegensatz zu dem, was in dem außerhalb des zentralen Flüssigkeitsmantels liegenden Gebiet stattfindet. Nur die axiale Geschwindigkeitskomponente kann in Richtung zur Achse ansteigen.

Werden zusammen mit der Flüssigkeit Feststoffpartikeln, die ein höheres spezifisches Gewicht als die Flüssigkeit aufweisen, in den Hydrozyklon eingebracht, so ergibt sich, daß sich diese Partikeln längs der Wand spiralig in Richtung zur Zyklonspitze fortbewegen und von dort ganz oder zum Teil in den zentralen Zylinder hineingerissen werden.

Befinden sich zwei Partikeln verschiedenen spezifisehen Gewichts d_a und d_b in einem Medium, dessen spezifisches Gewicht nachstehend als ^₁ bezeichnet wird, und in dem erwähnten zentralen Zylinder in ein und derselben Entfernung von der Achse des Hydrozyklons, so erfahren sie durch die schnelle Rotationsbewegung ausgelöste, radiale Beschleunigungen, die sich wie

(dg — J₁) d_b

(d_b — ^₁) d_a
verhalten.

Setzt man den Wert der Anfangsgeschwindigkeit in radialer Richtung als Null an, so verhalten sich die Entfernungen, die die Partikeln innerhalb einer gewissen Zeit zurücklegen, zueinander wie in der obenerwähnten Formel angegeben.

Der Widerstand, der sich den fortbewegenden Partikeln entgegensetzt, kann einstweilen, d. h. solange die radiale Geschwindigkeit der Partikeln hinsichtlich der Flüssigkeit noch gering ist, unberücksichtigt bleiben. Die Entfernungen, die die Partikeln zurücklegen, sind dann annähernd unabhängig von der Größe der

Partikeln. Beim Ansteigen der Geschwindigkeit werden die Entfernungen, die die Partikeln zurücklegen, außer vom spezifischen Gewicht auch von der Größe und Form der Partikeln bedingt. Der Widerstand, der sich den kleineren Partikeln entgegensetzt, ist verhältnismäßig größer als der, der sich den größeren entgegensetzt, und folglich bleiben die kleineren Partikeln hinter den größeren zurück.

Bei rechter Wahl von Form und Abmessungen des ίο Hydrozyklons und der {Größe des Zufuhrdrucks kann man nunmehr bewirken, daß sämtliche oder annähernd sämtliche spezifisch leichten Partikeln zusammen mit einem Teil der spezifisch schwereren in den zentralen Zylinder hinein und von diesem mit sich fortgerissen werden, und daß die Größe der auf die Partikeln einwirkenden Zentrifugalkräfte und die Einwirkungsdauer, d. h. die Zeit, die die Flüssigkeit braucht, um sich in dem erwähnten Wirbel von der Zyklonspitze bis an den Rand der Überlauföffnung bzw. des Überlaufrohrs fortzubewegen, derart sind, daß die spezifisch schwereren Partikeln gerade aus dem Strom, der in die Überlauföffnung bzw. in das Überlaufrohr einzutreten im Begriff ist, herausgeschleudert worden sind, während die spezifisch leichteren Partikeln dann noch nicht herausgeschleudert worden sind. Diese verbleiben demnach in dem aus dem Zyklon durch dessen Überlauföffnung bzw. Überlaufrohr austretenden Flüssigkeitsstrom. Die spezifisch schwereren Partikeln werden in Richtung zur Wandung des Hydrozyklons fortgeschleudert und gelangen anschließend in den auf die Zyklonspitze zustrebenden Flüssigkeitsstrom. Zum Teil werden sie wieder in den zentralen Zylinder hineingesaugt, zum anderen Teil sammeln sie sich an der Zyklonspitze an.

Sind die spezifisch schwereren Partikeln noch in geringer Konzentration an der Spitze vorhanden, so können sie noch nicht durch die Ablaßöffnung austreten, weil, wie vorher erwähnt, der Durchmesser der Ablaßöffnung geringer ist als der des im Hydrozyklon vorhandenen zentralen Luftkerns. Beim Ansteigen der Konzentration ergibt sich aber, daß, sobald eine gewisse Konzentration vorliegt, die spezifisch schwereren Partikeln die Rotation derart hemmen, daß der zentrale Luftkern sich an jener Stelle so weit schmälert, daß diese Partikeln durch die Ablaßöffnung hindurchgehen können.

Es erhellt daraus, daß, falls der Hydrozyklon, wie er in dieser Erfindung beschrieben ist, mittels seiner Ablaßöffnung ins Freie ausmündet, eine ausgezeichnete regulierende Wirkung erzielt werden kann. Steigt die Menge in der Zufuhr enthaltener spezifisch schwererer Partikeln an, so wird automatisch mehr abgelassen. Die spezifisch leichteren Partikeln können nicht durch die Ablaßöffnung entweichen, auch nicht, wenn keine spezifisch schwereren Partikeln in der zur Behandlung gelangenden Flüssigkeit enthalten sind. Die gesamte Menge verwendeter Waschflüssigkeit tritt fast völlig durch die Überlauföffnung bzw. das Überlaufrohr aus. Die Konzentration der spezifisch schwereren Partikeln der aus der Ablaßöffnung austretenden Flüssigkeit wird von der Menge der schwereren Partikeln, die in der Zufuhr enthalten ist, kaum beeinflußt.

Deutlich geht aus dieser Betrachtung die ■ Notwendigkeit hervor, den Hydrozyklon zum Zweck der Wirkung des erwähnten automatischen Ablasses mit der Spitze nach unten aufzustellen, und zwar im Gegensatz zu den bisher üblichen Hydrozyklonen. Denn die spezifisch schwereren Partikeln können erst dann entweichen, wenn sich ihre Konzentration an der Spitze derart gesteigert hat, daß infolge der durch die spezifisch schwereren Partikeln verursachten Hemmung der Luftkern in der Nähe der Ablaßöffnung zusammenklappt und die spezifisch schweren Partikeln somit zur Abläßöffnung gelangen können. Zeigt die Spitze nicht nach unten, so werden die nur schwach rotierenden Partikeln den Zyklon nicht durch dessen Ablaßöffnung verlassen können. Eigens zu diesem Zweck angestellte Versuche zeigen deutlich diesen Effekt.

Aus obigem dürfte sich weiterhin ergeben, daß das Waschen in einem Medium, dessen spezifisches Gewicht im Vergleich zum spezifischen Gewicht der zu trennenden Partikeln sehr niedrig ist, schwerfällt, weil das Verhältnis u 1 \ 1

ψ>α "ΊΙ "Ίι

(d_b —djda

sich zu sehr dem Wert 1 nähert. So läßt sich eine Trennung von Kohle- und Bergepartikeln in Wasser gut ausführen, in Luft gelingt sie nicht.

Der erwähnte Effekt tritt in jedem Hydrozyklon aber nur als Nebenerscheinung auf, ohne die Trennung wesentlich zu beeinflussen. Nur unter bestimmten Bedingungen, die den Gegenstand dieser Erfindung bilden, kann dieser Effekt benutzt werden, um Trennungen nach spezifischem Gewicht unter Gebrauch von Flüssigkeiten oder Suspensionen, die bisher hierzu nicht brauchbar waren, durchzuführen.

Im allgemeinen ist es notwendig, daß die zu verwendenden Hydrozyklone eine Ablaßöffnung aufweisen, deren Durchmesser 0,7 des Durchmessers der Überlauföffnung oder weniger beträgt. Die Wand des konischen Hydrozyklönteils muß an der Stelle, wo parallel zur Achse verlaufende Linien, die man durch den Rand der Überlauföffnung gehen läßt, diese Wand schneiden, zur Achse einen Winkel zwischen 25 und 45°, vorzugsweise aber einen zwischen 30 und 40⁰ bilden.

Die Zufuhröffnung kann verschieden geformt sein. Die günstigste Wirkung erzielt man, wenn die senk- no recht zur Achse der Zuleitung gemessene Querschnittfläche der Zuleitung ein Zehntel bis zwei Fünftel der der Überlauföffnung beträgt. Es zeigt sich weiterhin, daß der eigentliche Körper des Zyklons nur geringe Abmessungen aufzuweisen braucht. Sein Durchmesser kann verschieden sein. Beste Erfolge gaben Hydrozyklone, deren Durchmesser das 2- bis 3fache des Überlauföffnungsdurchmessers betrug.

Von großer Bedeutung ist der Abstand, der zwischen der konischen Zyklonwand und dem unteren Rand des Überlaufrohrs vorliegt, in seinem Verhältnis zum Durchmesser des Üb erlauf rohrs. Dieses Verhältnis kann von 4 bis 0,3 wechseln. Die absolute Größe des Hydrozyklons wird durch die mittlere Partikelröße des zu trennenden Partikelgemisches bedingt.

Je kleiner diese Partikeln sind, desto kleiner kann die erwähnte absolute Größe sein, die gewählt wird. Der anzuwendende Druck muß derart gewählt werden, daß er diesen Umständen angepaßt ist. So kann man zum Trennen von Partikeln, deren mittlere Korngröße 6o// beträgt, einen Hydrozyklon verwenden, dessen Durchmesser sich auf etwa ioo mm beläuft, während der angewendete Zufuhrdruck ι atü beträgt.

ίο Aus dem vorigen wird deutlich, daß es recht viele Möglichkeiten zum Einstellen der verlangten Trennwichte gibt. Im allgemeinen kann die Trennwichte auf das i- bis i.öfache des spezifischen Gewichts der Waschflüssigkeit bzw. der in der Ablaßfraktion an-

iS fallenden Waschsuspension eingestellt werden.

Es ist möglich, bei einer Trennwichte zu waschen, die höher liegt als das i,6fache des spezifischen Gewichts der zur Verwendung gelangenden Waschflüssigkeit oder Suspension. Es zeigt sich dann aber, daß die Trennung in manchen Fällen für ihre Anwendung in der Praxis zu unscharf ausfällt.

Recht deutlich wird die Wichtigkeit der Erfindung, wenn man die nachstehend erwähnten, technisch anwendbaren Höchsttrennwichten betrachtet, die man mittels verschiedenartiger Waschflüssigkeiten, wie

z. B. Wasser (1,6), Löß- oder Bergepartikelsuspension (2,9), Baryt (4,4), Magnetit (4,6) usw., gemäß der Erfindung zu erzielen vermag.

Hieraus folgt, daß es möglich ist, Erze mit den gleichen, billigen Beschwerungsstoffen zu waschen, die z. B. zum Waschen von Kohle verwendet werden. Ansprechend ist ebenfalls die gemäß der Erfindung anwendbare Methode, bei der zum Waschen des Erzes.feine Gangart in Suspensionsform verwendet wird. Auf dem Gebiete der Nahrungsmittelindustrie erweist es sich fast immer als möglich, Wasser zum Waschen zu verwenden; hierdurch läßt sich das Zusetzen von Fremdstoffen, was für diese Produktenart meistens unerwünscht ist, vermeiden. Die Möglichkeit, Rohkohlenschlamm mittels Wasser zu waschen, und zwar ohne daß man ?in Beschwerungsmittel zu verwenden braucht, ist ebenfalls sehr wichtig.

Die Trennung, die man erzielt, ist naturgemäß niemals eine völlige Trennung. Stets wird sich die schwere Fraktion als leicht mit leichten Partikeln, die leichte Fraktion dementsprechend mit schwereren Partikeln verunreinigt erweisen.

Im allgemeinen läßt sich sagen, daß die Größe dieses Verunreinigungsfehlers vom bereits früher erwähnten Verhältnis

(d_a —- d_x) d„

(d_b

d_a

abhängig ist. Je mehr sich das Verhältnis vom Wert 1 entfernt, desto reiner fallen die Fraktionen aus. Wenn die Trennwichte beim Vorliegen gewisser Umstände beim Treffen gewisser Vorkehrungen gesteigert wird, so wirkt sich dieses so aus, daß die schwerere Fraktion reiner anfällt. Die spezifisch leichteren Partikeln werden dann dementsprechend schärfer getrennt. Die Reinheit der leichtesten Fraktion wird durch Herabsetzen der Trennwichte gesteigert.

Aus den in der Einführung angegebenen theoretischen Betrachtungen dürfte sich erhellen, daß die Trennwichte und damit verbunden die Reinheit der getrennten Fraktionen dadurch beeinflußt werden kann, daß ein wechselnd lang bemessenes Überlaufrohr verwendet wird. Verwendet man ein kürzeres Überlaufrohr, so ist zwangsläufig der Weg, den die Flüssigkeit in dem zentralen Zylinder zurücklegt, ehe sie in das Überlaufrohr eintritt, und hiermit verbunden die Zeit, während der die Partikeln den Zentrifugalkräften ausgesetzt sind, länger. Dies bewirkt, daß mehr Partikeln ausgeschleudert werden. Die Trennwichte sinkt; die leichte Fraktion fällt reiner an. Umgekehrt hat die Anwendung eines längeren Überlaufrohrs eine höhere Trennwichte und gleichzeitig eine geringere Verunreinigung der schweren Fraktion zur Folge.

Indem man nun die Länge des Überlaufrohrs regelbar gestaltet, läßt sich somit die Trennwichte und damit verbunden der Grad der Verunreinigung der Fraktionen regeln.

Eine zweite Methode zum Einstellen der Trennwichte besteht darin, daß man den Durchmesser der Ablaßöffnung variiert. Eine Vergrößerung ihres Durchmessers übt eine Wirkung aus, die eine Senkung der Trennwichte hervorruft; verkleinert man den Durchmesser, so hat dies die Steigerung der Trennwichte zur Folge.

Eine dritte Methode, die zum Regeln des Waschvorgangs angewendet werden kann, besteht darin, die Überlauffraktion sich in einem geschlossenen Raum ansammeln zu lassen und den Druck in diesem Raum zu ändern, was beispielsweise dadurch bewirkt werden kann, daß man die Flüssigkeit über ein Drosselventil oder einen sonstigen regelbaren Strömungswiderstand aus dem Raum abführt, oder indem man die überlauf fraktion durch ein senkrechtes ioo Steigrohr, dessen Länge variiert werden kann, passieren läßt. Diese besonders für die Praxis geeignete dritte Regelmethode ist sehr geeignet, weil man an dem Hydrozyklon selbst keinerlei Änderungen vorzunehmen braucht. Sinkt die Trennwichte, beispielsweise infolge Abnutzung der Ablaßöffnung, so läßt sich durch Herabsetzen des Überdrucks die anfängliche Trennwichte mit Leichtigkeit wiederherstellen.

Die Kapazität kann man zweckmäßig dadurch steigern, daß man eine Anzahl Hydrozyklone parallel zueinander schaltet. Es erweist sich auch als vorteilhaft, eine Anzahl Hydrozyklone zu einem Mehrfachzyklon zu vereinen; in dem fertigen Mehrfachzyklon sind dann die Hydrozyklone als Aussparungen in einem homogenen Block vorhanden. Diese Mehrfachzyklone bilden auf diese Weise eine geschlossene Einheit; sie sind mit einer gemeinsamen Zuleitung und einer gemeinsamen Abfuhrleitung ausgestattet.

Das oben eingehend erörterte Verfahren und die zugehörige Vorrichtung, die eine einstufige Trennung des zu trennenden Gemisches ermöglichen, lassen sich entweder dort verwenden, wo keine hohen Anforderungen, die auf eine vollkommene Trennung abzielen, gestellt werden, oder wo eine der Komponenten nur teilweise in verhältnismäßig großer Rein-

heit gewonnen zu werden braucht. Sind an die Trennung höhere Anforderungen zu stellen, so erfordert dies eine Durchführung der Trennbehandlung in mehreren Stufen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Behandlung schwer trennbarer Gemische eine Anzahl Hydrozyklone in der Weise hintereinanderzuschalten, daß eine oder beide Fraktionen, die vom ersten Zyklon herrühren, in der zweiten Stufe in weiteren anschließenden Hydrozyklonen iiachbehandelt werden können. Ändert man dieses Verfahren in dem Sinne ab, daß die erfindungsgemäße Trennung in eine Anzahl Stufen derart durchgeführt wird, daß in wenigstens zwei dieser Stufen Hydrozyklone. bzw. Gruppen parallel geschalteter Hydro-Zyklone, die je auf eine verschiedene Trennwichte eingestellt worden sind, zur Verwendung gelangen, so ist es möglich, eine sehr befriedigende Trennung zu erzielen.

Hierbei wird die der ersten Stufe entstammende Überlauffraktion für gewöhnlich bei einer niedrigen Trennwichte, hingegen die Ablaßfraktion bei einer höheren Trennwichte gewaschen. Weil die Ablaßfraktion immer hochkonzentriert und daher stark viskos ist, ist es unerläßlich, diese Fraktion, damit sie verarbeitet werden kann, mit Waschflüssigkeit zu verdünnen. Diese Verdünnung wird mit frischer Waschflüssigkeit bewerkstelligt, oder man kann hierzu Waschflüssigkeit verwenden, die in einer der sonstigen Stufen des Waschprozesses wiedergewonnen oder regeneriert ist. Selbstverständlich ist es möglich, dazu eine Waschflüssigkeit zu verwenden, die ein anderes spezifisches Gewicht hat, beispielsweise eins, das höher liegt als das. spezifische Gewicht der in der ersten Stufe zur Verwendung gelangenden Waschflüssigkeit.

Die am Ende des Waschvorgangs anfallende, spezifisch leichteste Fraktion ist infolge der vorangegangenen Verarbeitung zu sehr verdünnt. Durch Anwendung der aus der niederländischen Patentschrift 48 934 bekannten Eindickzyklone kann man die Anreicherung der leichten Fraktion oder die Abtrennung der Waschflüssigkeit bewerkstelligen. Hierbei fällt als Ablaßfraktion das Konzentrat der leichteren Fraktion an. Die Ub erlauf fraktion, die aus gegebenenfalls mit sehr fernen Partikeln der leichtesten Fraktion verunreinigter Waschflüssigkeit besteht, kann rezirkuliert werden.

Zwischenfraktionen, die in aufeinanderfolgenden Stufen des Waschprozesses anfallen, beispielsweise als Überlauffraktion eines Waschzyklons, in dem die Ablaßfraktion, die einem vorangegangenen Hydrozyklon entstammt, bereits eine Nachbehandlung erfahren hat, können je nach ihrer Zusammensetzung verschieden behandelt werden. Setzt sich das zu trennende Gemisch aus Partikeln zweierlei Art und verschiedenen spezifischen Gewichts zusammen, was zwangsläufig dazu führt, daß die anfallende Zwischenfraktion auch aus einem Gemisch besteht, das beide Partikelarten enthält, so kann diese Zwischenfraktion wieder einer vorigen Trennstufe zugeleitet werden, so daß eine Rezirkulation stattfindet. Enthält aber das zu trennende Gemisch viele Partikeln, deren spezifisches Gewicht zwischen denen von Partikeln der Hauptfraktionen liegt, so sammeln sich die Partikeln vorwiegend in einer Zwischenfraktion an.

Eine völlige Rezirkulation hätte dann zur Folge, daß die Endfraktionen eine bedeutend zu starke Verunreinigung aufweisen würden, oder es fände eine Anhäufung dieser Partikeln statt, die den Scheidungsvorgang beeinträchtigen würde. Es wäre in diesem Falle zweckmäßig, die Zwischenfraktionen gesondert zu gewinnen bzw. sie nur zum Teil rezirkulieren zu lassen.

Im allgemeinen werden die Hydrozyklone oder Gruppen parallel geschalteter Hydrozyklone je Stufe von einer eigens für diese Stufe vorgesehenen Pumpe betätigt. Die Pumpen werden aus einer Pumpenvorlage gespeist, indem das in dieser Stufe zu behandelnde Gemisch und die erforderliche Menge Waschflüssigkeit miteinander gemischt werden.

In einigen Fällen kann die Überlauffraktion eines Hydrozyklons ohne Zwischenschaltung einer Pumpe weiterbehandelt werden, und zwar dadurch, daß man den genannten Hydrozyklon unter Anwendung von Gegendruck auf die Überlauffraktion arbeiten läßt, welcher so gewählt ist, daß mit ihm die nächste Gruppe angetrieben werden kann.

Auch ist es möglich, teilweise ohne Anwendung von Pumpen zu arbeiten, indem man die nächste Gruppe von Hydrozyklonen so viel niedriger aufstellt, daß sich unter diesen Verhältnissen ein genügend starker hydrostatischer Druck ergibt.

Zusammenfassend sei erwähnt, daß sich die Erfindung bezieht auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Durchführen der Trennung eines aus Festpartikeln unterschiedlicher Wichte und Korngröße bestehenden Gemisches in eine Fraktion, die vorwiegend spezifisch leichtere und eine Fraktion, die vorwiegend spezifisch schwerere. Partikeln enthält, dadurch, daß das Gemisch zusammen mit einer Waschflüssigkeit unter Druck durch einen Hydrozyklon oder durch eine Gruppe von Hydrozyklonen durchgeleitet wird. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß als wesentlicher Teil ein oder mehrere Hydrozyklone vorhanden sind, deren Überlauf Öffnungen je mit einem Überlaufrohr ausgestattet sind, während der Durchmesser der Ablaßöffnung kleiner ist als sieben Zehntel des Durchmessers des Überlaufrohrs oder ihm gleich ist, und die Wand des konischen Zyklonteils an der Stelle, an der parallel zur Achse verlaufende Linien, die von dem Rand der Überlauföffnung ausgehend gedacht sind, diese Wand schneiden, zu der Achse einen Winkel zwischen 25 und 45° bildet.

Bei den bevorzugten besonderen Ausführungen hegt zumindest ein, gegebenenfalls liegen mehrere der nachstehend erwähnten Merkmale vor: 1. Die Querschnittfläche der Zufuhröffnung bzw., wenn mehrere Zufuhröffnungen vorhanden sind, die Summe deren . Qüerschnittflächen beträgt im Höchstfall vier Zehntel und unterschreitet nicht fünfzehn Hundertstel der Querschnittfläche der Überlauföffnung; 2. der Durchmesser der Überlauföffnung ist nicht kleiner als ein Drittel und überschreitet nicht die Hälfte des Durchmessers der Rotationskammer des Hydrozyklons; 3. die Ablaßöffnung des Hydrozyklons mündet ins

Freie, jedenfalls nicht unterhalb des Niveaus einer Flüssigkeit aus; 4. der entsprechend einer parallel zur Rotationsachse verlaufenden Linie gemessene Abstand vom Rand des Überlaufrohrs bis an die Wand des konischen Teils beträgt höchstens das Vierfache 'des Durchmessers des Überlaufrohrs bis mindestens drei Zehntel des betreffenden Durchmessers; 5. das Überlauf rohr ist derart ausgeführt, daß seine Länge variiert werden kann; 6. die Ablaßöffnung ist derart ausgebildet, daß ihr Durchmesser variiert werden kann; 7. das Überlaufrohr mündet in ein Gefäß oder in eine Leitung, die mit Mitteln versehen ist, mit denen der auf die Überlauffraktion wirkende Druck variiert werden kann.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf sich aus mehreren Hydrozyklonen oder Gruppen von parallel geschalteten Hydrozyklonen zusammengesetzte Vorrichtungen, in denen diese Hydrozyklone oder diese Gruppen in Reihenschaltung derart angeordnet sind, daß die Abfuhröffnungen der einen Gruppe mit der zu einer nächsten Stufe führenden Zufuhrleitung gegebenenfalls über eine Pumpe und eine Pumpenvorlage verbunden sind und die Hydrozyklone, die der einen Stufe zugehören, derart verschieden sind von den Hydrozyklonen, die der nächsten Stufe zugehören, beispielsweise was die Länge des Überlaufrohrs oder des Ablaßöffnungsdurchmessers anbelangt, daß diese Hydrozyklone oder Gruppen von Hydrozyklonen stufenweise eine nach verschiedenem spezifischem Gewicht erfolgende Trennung bewirken.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Waschflüssigkeit eine Flüssigkeit oder eine Suspension verwendet wird, deren spezifisches Gewicht niedriger ist als die Trennwichte, wobei, falls eine Suspension zur Anwendung gelangt, die Suspension solcher Natur ist, daß sie unter dem Einfluß der in den Hydrozyklonen auftretenden Zentrifugalkräfte nicht eine so weit fortschreitende Eindickung erfährt, daß das spezifische Gewicht der in der Ablaßfraktion enthaltenen Suspension der Trennwichte gleichzukommen vermag, während als Hydrozyklone die Hydrozyklone oder die Kombination von Hydrozyklonen der im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsformen zur Verwendung gelangen.

Spezielle Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß mit einer reinen Flüssigkeit, beispielsweise mit Wasser, gewaschen wird, deren spezifisches Gewicht unterhalb der spezifischen Gewichte der einzelnen Stoffe, die den Gegenstand der Trennung bilden, liegt und auf das Waschen von Gemischen, während eine Waschflüssigkeit verwendet wird, in der als Beschwerungsstoff eine feinverteilte Fraktion der spezifisch- leichtesten Teile des zu trennenden Gemisches benutzt wird.

Die Erfindung soll an Hand einer Anzahl von Ausführungsbeispielen nachstehend erläutert werden. Fig. i, 2, 3, 5 und 6 zeigen einige Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Hydrozyklone;
Fig. 4 gibt eine schematische Darstellung der Bewegung, die die Partikeln in einem Hydrozyklon ausführen, während
Fig.. 7 bis 11 Schemata zeigen, die sich auf Vorrichtungen beziehen, die zum Waschen von Gemischen vorgesehen sind, wobei eine Kombination von Hydrozyklonen Anwendung findet.

Die Fig. 1 und 2 zeigen je einen Querschnitt einer, unter sich verschiedenen, einfachen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hydrozyklons. Die Rotationskammer ι besteht aus einem zylindrischen Teil 2 mit einem mittels Gewinde mit dem Teil 1 verschraubten konischen Teil 3.

Das eingeschraubte Mundstück 5, das auswechselbar ist und somit eine Änderung der Größe der Ablaßöffnung gestattet, bildet die Ablaßöffnung 4.

In den zylindrischen Teil mündet die tangential in die Rotationskammer einleitende Zuleitung 8. In der Ausführungsform, die die Fig. 1 zeigt, ist diese Zuleitung mit einem Anschlußstück 8_O versehen, während in der Ausführung gemäß der Fig. 2 der Anschluß mittels eines Anschlußflansches 8_b erfolgt.

Das Überlaufrohr 6 ist mittels Gewinde in der mit einem Kragen y_a versehenen, oberen Platte 7 des zylindrischen Teils 2 eingeschraubt. Dies gestattet die Länge desjenigen Teils des Überlaufrohrs, das im Hydrozyklon steckt, die im weiteren Verfolg kurz als Länge des Überlaufrohrs bezeichnet wird, und damit den Abstand vom unteren Rand des Überlaufrohrs bis zur Konuswand zu ändern. Der Abstand ist in den Fig. 1 und 2 mit A bezeichnet.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist mittels eines Zwischenstücks n_a, das Innengewinde trägt, ein Abfuhrrohr 11 an das Überlaufrohr angeschlossen. Mittels eines mit dem Überlaufrohr verschweißten Sechskants 6_a kann durch Verdrehen des Überlauf rohrs eine Aufundabbewegung dieses Rohrs bewirkt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 mündet das Überlaufrohr in eine zylindrische Haube 9, die mittels Gewinde mit dem aufrechtstehenden Rand 12 der Rotationskammer 1 verschraubt ist. An der Haube ist ein zur tangentiellen Abfuhr der Überlauffraktion vorgesehenes Rohr 10 angebracht, das mittels eines zur weiteren Abführung vorgesehenen Nippels io_a ausgestattet ist.

In Fig. ι ist weiterhin eine für die Ablaßfraktion vorgesehene Auffangvorrichtung gezeichnet. Diese besteht aus einem Behälter 24_O, der an seiner niedrigsten Stelle mit einer offenen Abfuhrleitung 24^ versehen ist.

Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Zyklon in abgeänderter Ausführungsform. Auch bei diesem Hydrozyklon wird die Rotationskammer 1 vom zylindrischen Teil 2, in den die tangential einleitende Zuleitung 8 mündet, samt dem an Teil 2 anschließenden konischen Teil 3 gebildet. An diesen Konus schließt das Mundstück 5 an. Die beiden genannten Teile sind gegenseitig mittels mit Bolzen und Muttern gegeneinander geklemmter Flansche miteinander verbunden.

Das Mundstück 5 faßt eine zwischen den Flanschen 18 und 19 und dem ringförmigen Block 23 eingeklemmte, ringförmige Membran 20. Der Druck, der in dem ringförmigen Raum 21 herrscht, der zwischen der Membran und dem ringförmigen Block 23 vorhanden ist, kann durch die Leitung 22 variiert werden, was bewirkt, daß sich der Durchmesser der Ablaß-

Öffnung 4 ändert. Die Ablaßfraktion kann in die Auffangleitung 24 eintreten.

Der mit der Wand 7 verschweißte Flansch 13, in welchem eine Packung 14 angebracht ist, die von einer Packungsbrille 15 mittels der erforderlichen Zahl Zugbolzen fest angedrückt wird, besorgt die Dichtung zwischen dem auf und ab bewegbaren Überlaufrohr 6 und der oberen Kante 7 der Rotationskammer. Das Überlaufrohr ist mittels Gewinde 17 in der Haube 9 befestigt, die in einem gewissen Abstand vom Hydrozyklon ι oberhalb von ihm angebracht ist und auf den stützenden Teilen 25 ruht. Das Überlaufrohr ist mit einem Handrad 16 ausgestattet, mit dem durch Verdrehen das Überlaufrohr auf und ab bewegt werden kann. Die mit der Haube verbundene Abfuhrleitung 10 ist mit einem Absperrventil 26 versehen, mit dem der Gegendruck, der auf die Überlauffraktion aufgebracht wird, reguliert werden kann. In den Ausführungsformen der Fig. I bis 3 ist der Durchmesser der Ablaßöffnung stets geringer als sieben Zehntel des Durchmessers der Überlauföffnung, während der Durchmesser der Zufuhröffnung die Hälfte des Durchmessers der Überlauföffnung beträgt oder kleiner ist; mit anderen Worten, die Querschnitt-

flächen der Zufuhröffnung und der Überlauföffnung verhalten sich wie 0,25 : 1. Die Größe des halben Konuswinkels liegt zwischen 25 und 45⁰.

In den Fig. 4 a und 4b ist zum besseren Verständnis des Trennungsmechanismus der Lauf der in einer Trennsuspension vorhandenen, suspendierten Partikeln eingezeichnet. Der Einfachheit halber ist das Überlaufrohr nicht eingezeichnet worden. Fig. 4 a zeigt eine halbperspektivische Darstellung der Bewegung der Flüssigkeit im Hydrozyklon. Die Flüssig- keit bewegt sich etwa der Linie 31 entsprechend in Richtung zur Spitze des Zyklons. Dort bildet sich ein schnell rotierender, zweiter Wirbel 32, der die Rotationskammer durch das Überlaufrohr verläßt. Der sich bildende Luftkern 34 bedingt, daß der zentrale Wirbel die Form eines Hohlzylinders 33 annimmt, der in den Figuren übertrieben stark dargestellt worden ist. Die Ablaßöffnung 4 ist eng gewählt, und zwar derart, daß deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des im Inneren des Flüssigkeit-' hohkylinders gebildeten Luftkerns 34, so daß durch die Ablaßöffnung keine Flüssigkeit entweichen kann.

	Länge des	Menge	Überlaufrohrs	Ablaß	100 mm	200 mm	300 mm
50	Abstand A	Flüssigkeit/Std.		Überlauf	260 mm	160 mm	60 mm
	Menge		Ablaß	6,27m³/Std.	2,37m³/Std.	i,04m³/Std.
	■ Feststoff/Std.		Überlauf	116 m³/Std.	99,5m^s/Std.	114,3 m^s/Std.
55	Trennwichte für eine Korngröße		ι bis 2 mm	5,5 t/Std.	2,37 t/Std.	1,25 t/Std.
			2 bis 4 mm	4,4 t/Std.	4,1 t/Std.	9,4 t/Std.
60	von	> 4 mm	i,55	1,85	>2,6
		1,41	1,68	>2,6
	1.35	1,61	> 2,6

Der Weg, den in axialem sowie in radialem Sinn zwei Partikeln, von denen eines ein spezifisches Gewicht aufweist, das niedriger, das andere eines, das höher liegt als die Trennwichte hat, gehen, wird in Fig. 4 b durch 35 und 36 dargestellt. Beide Partikeln bewegen sich spiralig längs der Wand des Hydrozyklons zu dessen Spitze, treten anschließend in den zentralen Zylinder ein und sind sodann in diesem Zylinder, während sie, vom Flüssigkeitsstrom mitgerissen, dem Überlauf rohr 6 zugehen, starken Zentrifugalkräften ausgesetzt. Das Ausweichen in radialem Sinne der spezifisch leichteren Partikeln reicht zum Austreten aus dem zentralen Zylinder nicht aus, so daß diese Partikeln in das Uberlaufrohr 6 hineingerissen werden. Das Ausweichen in radialem Sinne der spezifisch schwereren Partikeln erfolgt hingegen derart scharf, daß sie bereits dort aus dem zentralen Zylinder ausgetreten sind, wo dieser Zylinder in das Überlaufrohr eintritt, worauf sie aufs neue den Kreislauf mitmachen. Weil nur ein Teil der schwereren Partikeln mit fortgerissen wird, steigt die Konzentration der Festpartikeln an der Spitze langsam an. Dies hat zur Folge, daß die Rotationsgeschwindigkeit allmählich verlangsamt wird, worauf die schwereren Partikeln auf dem Wege über 37 aus dem Hydrozyklon austreten können.

Es ist deutlich, daß, wenn das Überlaufrohr 6 länger gemacht wird, mehr Partikeln in das Überlaufrohr gelangen können.

Beispiel 1

In einem Hydrozyklon gemäß Fig. 2 wurde Rohkohle, Korngröße 0 bis 10 mm mittels Wasser gewaschen. Die Konzentration wurde auf 150 g Kohle pro Liter angesetzt; der Zufuhrdruck betrug 0,5 atü. Folgende Abmessungen lagen beim Hydrozyklon vor:

Durchmesser der Rotationskammer ... 350 mm,

Durchmesser der Zufuhröffnung 70 mm,

Durchmesser der Ablaßöffnung 60 mm,

Durchmesser der Überlauföffnung .... 150mm,

Länge des zylindrischen Teils 230 mm,

Größe des halben Konuswinkels 37¹^⁰-

Der Abstand vom Rand des Überlaufrohrs bis an die Wand des Kegels (Abstand A) wurde variiert. Folgende Resultate wurden erzielt:

Aus diesen Zahlen ergibt sich, daß die Verkleinerung des Abstands vom Rand des Überlaufrohrs bis an die Wand des Kegels eine Steigerung der Trennwichte zur Folge hat. Vergleicht man die sich auf die unterschiedlichen Fraktionen beziehenden Resultate miteinander, so zeigt sich, daß die Trennwichte für die kleineren Körnungen höher liegt als für die gröberen. Dies bedeutet, daß bei den kleineren Körnungen verhältnismäßig mehr schwere Partikeln mitgeführt

ίο werden und in das Überlaufrohr gelangen.

Beim obenerwähnten Hydrozyklon wurde sodann der Abstand vom Rand des Überlaufrohrs bis an die Wand des Kegels (Abstand A) auf no mm (Länge des Überlaufrohrs 250 mm) eingestellt. Der Durchmesser der Ablaßöffnung wurde anschließend variiert. Sodann wurde eine Suspension von Rohkohle mit 0 bis 6 mm Korngröße und eine Konzentration von 100 g/l bei einem Zufuhrdruck von 1,0 atü zugeführt. Bei Anwendung eines Ablaßöffnungsdurchmessers von 50 mm betrug die Kapazität des Überlaufs 86 m³ Flüssigkeit/Std., in der 5 t Feststoff/Std. enthalten waren; die Kapazität des *\blasses betrug 4 m³ Flüssigkeit/Std., in der 41 Feststoff/Std. enthalten waren.

Der Feststoff, der vom Ablaß herrührte, sowie derjenige, der dem Überlauf entstammte, wurden sodann auf spezifisches Gewicht 1,6 getrennt. Es zeigte sich, daß die Ablaßfraktion 85 ⁰Z₀ Festpartikeln mit einem spezifischen Gewicht >i,6 enthielt; in der Überlauffraktion waren 11 °/₀ Festpartikeln >i,6 enthalten.

Bei Vergrößerung des Ablaßöffnungsdurchmessers

bis auf 65 mm konnte festgestellt werden, daß der Prozentsatz Festpartikeln mit spezifischem Gewicht > i,6 in der Ablaßfraktion bis auf 65 % gesunken war, während der Prozentsatz Festpartikeln mit spezifischem Gewicht >i,6 in der Überlauffraktion sich bis auf 7 % verringert hatte. Verkleinerte man aber den Ablaßöffnungsdurchmesser bis auf 35 mm, so stellte sich der Prozentsatz Festpartikeln mit spezifischem Gewicht > 1,6 in der Ablaßfraktion auf 87 °/₀, während der Prozentsatz Festpartikeln mit spezifischem Gewicht > 1,6 in der Überlauf fraktion bis auf 25 % angestiegen war.

Hieraus läßt sich folgern, daß eine Verkleinerung des Ablaßöffnungsdurchmessers mit sich bringt, daß die Zahl in der Überlauffraktion enthaltener schwerer Partikeln steigt, was mit einer Steigerung der Trennwichte gleichbedeutend ist.

Beispiel 2

Ein aus Kohle und Sand bestehendes Gemisch, Korngröße 125 bis 500//, das mit Wasser gemischt worden war, bis sich eine Suspension von 100 g Feststoff pro Liter gebildet hatte, wurde unter Anwendung eines Zufuhrdrucks von 0,5 atü durch einen Hydrozyklon gemäß der Fig. 1 geleitet. Folgende Abmessungen lagen bei dem Hydrozyklon vor: Durchmesser der Rotationskammer ... 60 mm,

Durchmesser der Zufuhröffnung 12mm,

Durchmesser der Ablaßöffnung 11 mm,

Länge des zylindrischen Teils 38 mm,

Durchmesser des Überlaufrohrs 25 mm,

Größe des halben Konuswinkels 37V2⁰·

Verarbeitet wurden etwa 1,5 m³ Flüssigkeit pro Stunde, in der 0,15 t Feststoff/Std. enthalten waren. Der Abstand vom Rand des Überlaufrohrs bis an die Wand des Kegels (Abstand A) wurde variiert.

Die Beziehung Abstand A zur Menge schwerer Partikeln in der Überlauffraktion bzw. zur Menge leichter Partikeln in der Ablaßfraktion ist in der Fig. 12 angegeben.

Waagerecht wurde die Länge des Überlaufrohrs (ansteigend von 10 bis 60 mm) bzw. der Abstand A (zurückgehend von 50 bis 0 mm), senkrecht der Prozentsatz Partikeln, der in die falsche Abfuhr gelangte, eingetragen. Die Linie X gibt den Prozentsatz in der Ablaßfraktion befindlicher leichter Partikeln an, die Kurve Y den Prozentsatz in der Überlauffraktion befindlicher schwerer Teile.

Um den Einfluß der Konzentration des aus Kohle, Sand und Wasser zusammengesetzten Zufuhrgemisches zu prüfen, wurde die Länge des Überlaufrohrs auf 35 mm eingestellt (Abstand vom unteren Rand des Überlauf rohrs bis an die Kegelwand: 25 mm), und es wurden sodann bei einem Zufuhrdruck von 0,5 atü nacheinander Suspensionen mit verschiedenen Mengen Feststoff pro Liter durch den Hydrozyklon durchgeleitet. Folgende Resultate wurden erzielt:

Hieraus geht deutlich hervor, daß die trennende Wirkung bei zu hohen Konzentrationen stark verringert wird.

Zufuhr	Prozent Kohle	Prozent Sand
konzentration	in der Ablaß	in der Überlauf
g/l	fraktion	fraktion
50	3.2	1.4
100	4.7	2,3
150	5,7	7,0
200	8,2	35.6
250	I3.2	35,8

Beispiel 3

In einen Hydrozyklon, der dem in Beispiel 2 beschriebenen ähnlich ist und bei dem die Länge des Überlaufrohrs auf 38 mm eingestellt worden war (Abstand A = 23 mm), wurde bei einem Zufuhrdruck von 0,5 atü roher Kohlenschlamm, der in Flüssigkeiten verschiedenen spezifischen Gewichts suspendiert war, zugeführt. Die Korngröße des erwähnten Schlammes schwankte zwischen 0,2 und 0,5 mm; die Feststoffkonzentration betrug stets 150 g/l. Als Trägerflüssigkeit wurde Wasser mit einem wechselnden Gehalt an aufgelöstem Calciumnitrat verwendet. Folgende Resultate wurden erzielt:

Spezifisches	Prozent Kohle	Prozent Berge
Gewicht	in der Ablaß	in der Überlauf
der Zufuhr	fraktion	fraktion
1,0	10,7	30,9
1,1	5.4	37,6
1,2	2,1	50,8
1,3	0,7	56,0

Aus obigen Zahlen folgt, daß bei wachsendem spezifischem Gewicht der Trägerflüssigkeit der Prozentsatz Kohle in der Ablaßfraktion zwar stark zurückgeht, daß aber zugleich der Prozentsatz Berge in der Überlauffraktion stark ansteigt. Letzteres ist leicht zu verstehen. Infolge des geringen, scheinbaren spezifischen Gewichts der Partikeln in der Flüssigkeit sind die Kräfte, die während des Aufsteigens der Partikeln im zentralen Zylinder auf die Partikeln einwirken, kleiner, was mit sich bringt, daß auch der Abstand, den die Partikeln in radialem Sinne zurücklegten, kleiner wird. Vergrößert man aber durch Verkürzung des Überlaufrohrs auch den Abstand, den die Partikeln in axialem Sinne zurücklegen müssen, d. h. die Zeit, während der die Partikeln den Zentrifugalkräften ausgesetzt sind, so ergibt sich eine bessere Trennung.

Verwendet man z, B. eine Calciumnitratlösung mit einem spezifischen Gewicht von 1,2 als Trägerflüssigkeit, so werden bei Variierung der Länge des Überlaufrohrs folgende Resultate erzielt:

Abstand
A

23
28

31

34
41

Länge des
Überlaufrohrs

38
33
30
27
20

Prozent Kohle in der Ablaßfraktion

2,1 2,3

2,4

2,6 2,8

Prozent Berge

in der Überlauf-

fraktion

50,8 42,1

35.9 28,4

23.7

Zwar verschlechtert sich, wie man erwarten konnte, die Ablaßfraktion einigermaßen, die Verbesserung, die die Überlauffraktiön erfährt, ist hingegen sehr deutlich.

Beispiel 4

Folgendes Vergleichsexperiment kann dazu dienen, um den Einfluß nachzuweisen, den das Verhältnis, das zwischen der Querschnittfläche der Zufuhrleitungen und der Fläche der Überlauföffnung besteht, ausübt. Dabei wurden zwei Hydrozyklone verwendet, die nach Fig. 1 ausgeführt waren und deren Abmessungen die folgenden waren:

Durchmesser der Rotationskammer .,. 60 mm,

Größe des halben Scheitelwinkels .... 30°,

Länge des zylindrischen Teils 38 mm,

Durchmesser der Zufuhrleitung ...... 14mm.

Beim ersten Hydrozyklon wurde ein Üb erlauf rohr mit einem Durchmesser von 26 mm verwendet; beim zweiten ein Überlaufrohr von 16 mm Durchmesser. Den beiden Hydrozyklonen wurde bei einem Zufuhr-.druck von 0,5 atü eine Suspension von Rohkohle, Korngröße 0,06 bis 0,5 mm, zugeführt. Die Länge des Überlaufrohrs und der Durchmesser der Ablaßöffnung wurden derart gewählt, daß eine möglichst gute Trennung erreicht wurde. Folgende Resultate wurden erzielt:

i. Hydrozyklon 2. Hydrozyklon

Länge des Überlaufrohrs

Abstand A

Durchmesser der Ablaßöffnung

Kapazität des Überlaufs

Kapazität des Ablasses .........

48 mm 19 mm

9 mm

i,8m³ mit

210 kg Feststoff/Std.

0,1m³ mit

5,i kg Feststoff/Std.

26 mm 50 mm

6 mm

1,25 m³ mit

91kg Feststoff/Std.

0,027m³ mit

1,3 kg Feststoff/Std.

	Prozent	Prozent	Prozent	Prozent
Korngröße	Kohle in der	Berge in der	Kohle in der	Berge in der
in μ	Ablaß	Überlauf-	Ablaß	Überlauf
	fraktion	fraktion	fraktion	fraktion
35obis5oo	1,2	0,1	5.0	0,4
2iobis35o	2,1	0,2	6,1	1,2
I25bis2io	2,1	I, I	6,0	4,2
60 bis 125	!.9	7.5	5,0	I3.6

Aus obigem geht hervor, daß der erste Hydrozyklon, bei dem das Verhältnis der Querschnittfläche der Zufuhröffnung: Querschnittfläche der Überlauföffnung der Zahl 0,29 entspricht, eine viel bessere Trennung bewirkt als der zweite, bei dem das entsprechende Verhältnis 0,77 ist.

Beispiel 5

Ein in Wasser suspendiertes Gemisch von Sand und Kohle mit einer Partikelgröße < 0,5 mm wurde bei Zufuhrdrucken zwischen 0,1 und 1 atü durch einen Hydrozyklon gemäß Fig. 1 mit folgenden Abmessungen hindurchgeleitet:

Durchmesser der Rotationskammer ... 60 mm,

Durchmesser der Zufuhröffnung 12 mm,

Durchmesser des Überlaufrohrs ...... 25 mm,

Durchmesser der Ablaßöffnung 11 mm,

Größe des halben Konuswinkels 37¹Zs⁰.

Länge des zylindrischen Teils 38 mm.

Das Überlaufrohr wurde stets derart eingestellt, daß sich in der Ablaßfraktion stets derselbe Prozentsatz Kohle vorfand. Nachstehende Resultate wurden erzielt:

Druck in atü ......... 0,1 0,25 0,5 1,0

Länge des Überlaufrohrs

in Millimeter 55 45 37,5 33

Abstand A 6 16 23,5 28

Zufuhrkapazität in ecm/

Std 181 358 431 662

Prozent Sand in der Überlauffraktion ......... 30,0 19,3 12,4 14,1

Prozent Kohle in der Ablaßfraktion 12 12 12 12

Hieraus ergibt sich, daß der Prozentsatz in der Überlauf fraktion gefundener Verunreinigung bei gleich-

bleibender Verunreinigung der Ablaßfraktion durch den Druck beeinflußt werden kann.

Beispiel 6

In gleicher Weise ist es möglich, das Resultat der Trennung zu beeinflussen, indem man einen Gegendruck auf die Überlauffraktion anwendet. Nachstehendes Experiment dürfte den Nachweis erbringen. Auf der Abfuhr io eines Hydrozyklons gemäß Fig. ι ίο wurde ein Ventil angebracht. Vor diesem Ventil wurde an die genannte Abfuhr ein Manometer angeschlossen. Der Hydrozyklon wies folgende Abmessungen auf:

Durchmesser der Rotationskammer ... 6o mm,

Durchmesser der Zufuhröffnung 12 mm,

Durchmesser des Überlaufrohrs 25 mm,

Durchmesser der Ablaßöffnung 11 mm,

Größe des halben Konuswinkels 37¹U*>

Länge des zylindrischen Teils 38 mm,

Länge des Überlaufrohrs 28 mm,

Abstand A 33 mm.

Zugeführt wurde bei einem Druck von 0,5 atü Kohlenschlamm, Korngröße 125 bis 500 /*, mit Wasser als Trägerflüssigkeit.

Es zeigt sich, daß bei Nichtanwendung von Gegendruck die Kapazität des Überlaufs 1,55 m³/Std. mit einer Konzentration von 90 g Feststoff/1 und die Kapazität des Ablasses 0,032 m³/Std. mit einer Konzentration von 1000 g Feststoff/1 betrug.

Es wurde festgestellt, daß 32 % des Feststoffs in der Ablaßfraktion ein spezifisches Gewicht < 1,6 hatte, während in der Überlauffraktion 3,2 % Feststoff ein spezifisches Gewicht > 1,6 aufwies.

Durch Drosseln des Ventils wurde der auf die Überlauffraktion wirkende Gegendruck auf 0,1 atü gebracht. Die Kapazität des Überlaufs belief sich in diesem Falle auf 1,13 m³/Flüssigkeit/Std. mit einer Konzentration von 70 g/l Feststoff, während die Kapazität des Ablasses 0,054 rn³/Std. mit einer Konzentration von 900 g Feststoff/1 betrug. Es wurde festgestellt, daß 57,9 % des Feststoffes in der Ablaßfraktion ein spezifisches Gewicht < 1,6 hatte, während 1,8 % des Feststoffes in der Überlauffraktion ein spezifisches Gewicht > 1,6 aufwies.

Beispiel 7

Ein Gemisch von Palmkernen und Schalen wurde, mit Wasser als Trägerflüssigkeit, bei einem Zufuhrdruck von 0,5 atü durch einen Hydrozyklon gemäß der Fig. 2, der untenstehende Aufmessungen aufwies, go hindurchgeleitet:

Durchmesser der Rotationskammer ... 350 mm,

Durchmesser der Zufuhröffnung 70 mm,

Durchmesser des Überlaufrohrs 150 mm,

Durchmesser der Ablaßöffnung 40 mm,

*>■> Größe des halben Konuswinkels 37¹^''>

Länge des zylindrischen Teils 350 mm,

Länge des Überlaufrohrs 150 mm,

Abstand A 330 mm.

Die Palmkerne haben ein spezifisches Gewicht von etwa 1,1, die Schalenteile etwa 1,25. Es zeigte sich, daß der Hydrozyklon bei einem Flüssigkeitsverbrauch von 70 m³/Std. etwa 41 Gemisch pro Stunde verarbeitet. Festgestellt wurde, daß eine vollständige Trennung stattgefunden hat.

Im Falle einer kontinuierlich arbeitenden Anlage können die Überlauffraktion, die nur die Kerne enthält, und die die Schalenteile enthaltende Ablaßfraktion jede für sich auf einem Sieb von dem beigemischten Wasser getrennt werden; dasselbe kann ganz oder zum Teil wieder einem Mischbehälter zugeführt werden, dem auch das zu trennende Gemisch von Kernen und Schalenteilen, z. B. mittels einer Förderschnecke, zugestellt wird. Das Wasser, das zur Verwendung gelangte, wird, wenn sich in ihm zuviel Verunreini- 7g gungen angesammelt haben, zum Teil abgeführt, während dann mehr Wasser zugesetzt werden muß; das Gemisch kann sodann aus einem Mischbehälter durch Pumpenwirkung dem Hydrozyklon zugestellt

werden. _, . . , „

Beispiel 8

Zum Trennen eines Sand-Magnetit-Gemisches, Korngröße 210 bis 350^., wurde ein Hydrozyklon gemäß Fig. ι verwendet, der folgende Abmessungen hatte:

Durchmesser der Rotationskammer ... 60 mm,

Durchmesser der Zufuhröffnung 12 mm,

Durchmesser des Überlaufrohrs 25 mm,

Durchmesser der Ablaßöffnung 10 mm,

Größe des halben Konuswinkels 37¹It >

Länge des zylindrischen Teils 40 mm.

Die Länge des Überlaufrohrs wurde variiert. Als Trägerflüssigkeit gelangte eine Suspension feingemahlenen Magnetits zur Anwendung, in die das zu trennende Gemisch in einer Konzentration, die etwa gg 200 g/l entsprach, suspendiert wurde. Der Zufuhrdruck betrug 0,5 atü. Es wurden folgende Resultate erzielt:

Spezifisches Gewicht der Suspen-

sion i,o 1,6 1,89

Länge des Überlaufrohrs 56,0 43,0 33,0 33,0 30,0

Abstand A 7,0 20,0 30,0 30,0 33,0

Spezifische Ge- 10g

wichts - Suspension

Überlauf 1,0 1,57 1,58 1,88 1,89

Spezifische Gewichts -Suspension

Ablaß 1,0 2,02 2,0 2,22 2,21 no

Prozent des zugeführten Sandes
in der Ablaßfraktion 49,2 14,4 30,7 5,0 20,6

Prozent des zu- ng

geführten groben
Magnetits in der

Überlauffraktion . 22,6 17,1 6,1 13,0 5,2 Menge grobes Material in kg/Std. in der Überlauffraktion 170,0 130,0 91,0 134,0 91,0

Menge grobes Material in kg/Std.

in der Ablaß-

fraktion 31,0 12,0 16,0 9,0 12,5

Aus den Zahlen des spezifischen Gewichts der Suspension in der Überlauf fraktion und in der Ablaßfraktion, die nach erfolgter Trennung der groben Teile gefunden wurden, ist ersichtlich, daß die verwendete Trägersuspension annähernd stabil ist. Es trat nur eine geringe Eindickwirkung auf. Man hatte aber auf ein spezifisches Gewicht größer als 2,6, also auf ein bedeutend höheres spezifisches Gewicht als das der Suspension in der Ablaßfraktion gewaschen.

Beispiel 9 '

Ein aus grobem Magnetit und Sand (Korngröße 0,5 bis 3 mm) bestehendes Gemisch, das in eine aus feinem Sand (Korngröße < 6ομ) und Wasser bereitete Suspension (mit spezifischem Gewicht von 1,7) suspendiert worden war, wurde durch einen Hydrozyklon gemäß Fig. 2, der folgende Abmessungen aufwies, hindurchgeleitet:

Durchmesser der Rotationskammer ... 120 mm,

Durchmesser der Zufuhröffnung 24 mm,

Durchmesser des Überlaufrohrs 53 mm,

Durchmesser der Ablaßöffnung 18 mm,

Größe des halben Konuswinkels 37¹I^i

Länge des zylindrischen Teils 80 mm,

Abstand A 24 mm,

Länge des Überlaufrohrs 100 mm.

Die Konzentration des gröberen Materials war 100 g/l. Gefunden wurde, daß es möglich war, mittels dieser Anlage etwa 700 kg/Std. Gemisch zu waschen. Der Prozentsatz des zu Anfang der Behandlung vorhandenen Sandes (Korngröße > ^mm), welcher in die Ablaßfraktion hineingelangt war, betrug 15 %; der Prozentsatz des Magnetits in der Üb erlauf fraktion 18,2%.

Beispiel 10

Die Siebfraktion 0,5 bis 4 mm eines aus Galenit (spezifisches Gewicht 7,0) und Quarz (spezifisches Gewicht 2,6) bestehenden Bleierzes, dessen Pb-Gehalt sich auf 3,85 belief, wurde mit einer beschränkt stabilen Magnetitsuspension (Partikel < 0,06 mm, spezifisches Gewicht 2,4)· in einem gemäß Fig. 2 ausgeführten Hydrozyklon, der nachstehende Abmessungen aufwies, gewaschen:

Durchmesser der Rotationskammer ... 122 mm,

Durchmesser der Zufuhröffnung 24 mm,

Länge des zylindrischen Teils 80 mm,

Durchmesser des Überlaufrohrs 48 mm,

Länge des Überlauf rohrs 48 mm,

Abstand A 80 mm,

Durchmesser der Ablaßöffnung 24 mm,

Größe des halben Konuswinkels 37^χ/2°·

Die Zufuhrfraktion hatte eine Konzentration von 200 g Erz pro Liter; der Zufuhrdruck war 1 atü. Je Stunde wurden 9 m³ Flüssigkeit verarbeitet. Die Ablaßfraktion betrug 1801/Std., in der 1300 g Konzentrat pro Liter vorhanden war. Der Bleiprozentsatz betrug 27,9 °/₀. Das Konzentrat enthielt also etwa 9,2 % der totalen Bleimenge. Die Ablaßsuspension hatte ein spezifisches Gewicht 2,4, die Suspension aus dem Überlauf 2,05. Die Trennwichte war > 3,0, dem-

nach bedeutend höher als das spezifische Gewicht der Suspension aus dem Ablaß.

Beispiel 11

In einem Hydrozyklon gemäß Fig. 2, der folgende Abmessungen aufwies:

Durchmesser des zylindrischen Teils .. 122 mm, ^⁰

Länge des zylindrischen Teils 80 mm,

Durchmesser des Zufuhrrohrs 24 mm,

Durchmesser des Überlaufrohrs ...... 48 mm,

Länge des Überlauf rohrs. 120 mm,

Abstand vom Rand des Überlaufrohrs ^7S

bis an die Konuswand (Abstand A) .. 8 mm,

Durchmesser der Ablaßöffnung 20 mm,

Größe des halben Konuswinkels ..... 37¹I₂ ⁰,

wurde ein Gemisch von Zinnstein und Sand mit Wasser behandelt, dem feiner Löß zugesetzt worden war. Das Zinnstein-Sand-Gemisch hatte eine Korngröße von 60 bis 35O₁H,. Der Zufuhrdruck betrug 0,5 atü.

Sowohl die Überlauf- wie die Ablaßfraktion wurde mittels einer Flüssigkeit mit spezifischem Gewicht 2,83 getrennt. Gefunden wurde, daß von dem zu Anfang der Behandlung vorhandenen Zinnstein 89,5 °/₀ in die Ablaßfraktion gelangt war, während sich die Konzentration um das 11 fache gesteigert hatte.

Fig. 5 und 6 zeigen einen waagerechten bzw. senkrechten Querschnitt einer aus vier parallel geschalteten Hydrozyklonen bestehenden Vorrichtung. Die sich aus einem zylindrischen Teil i_a und einem konischen Teil I₆ zusammensetzenden Rotationskammern 1 dieser Hydrozyklone sind einzeln als Aussparungen in einem Block 70 vorhanden.

Das mittels Gewinde im Block 70 befestigte Mundstück 5 bildet die Ablaßöffnung 4. Der Zufuhrraum 71 ist als zentrale Aussparung im Block 70 vorhanden. Die Tangentialzuleitungen 74 zu den Rotationskammern ι sind ebenfalls, und zwar an der oberen Seite als Aussparungen im Block vorhanden. Die Platte 75 bildet den Verschluß; sie ist mit aufrechtstehenden, ringförmigen Teilen 77 versehen, in denen die Überlaufrohre 6 befestigt sind, die, da sie mit Gewinde ausgestattet sind, durch Verdrehen auf und ab bewegt werden können. Eine unter dieser Platte angebrachte Packung 78, die aus einer runden Scheibe aus elastischem Material besteht, gibt eine gute Abdichtung. In der Scheibe sind Aussparungen vorhanden, deren Durchmesser dem Durchmesser der Rotationskammern gleichkommt. Das Ganze wird durch die Bolzen 76 und den Rand jg_a der Haube 79 angedrückt; die Bolzen 80 und die Schrauben 81 klemmen die Haube 79 gegen den Block 70. Die Haube 79 ist mit einer durch die Bolzen 83 an die Haube 79 befestigten zentralen Abfuhr 82 versehen.

Preßt man durch die gemeinsame Zufuhr 71 eine Flüssigkeit, in der ein zu trennendes Gemisch in lao suspendierter Form vorhanden ist, so wird dieses Gemisch durch die Tangentialzuleitungen 74 in die Rotationskammern 1 eingeleitet. Hier erfolgt seine Trennung, was zur Folge hat, daß durch die Überlaufrohre 6 die spezifisch leichteren, in viel Waschflüssigkeit suspendierten Partikeln und durch die Ablaß-

öffnung 4 die spezifisch schwereren Teile mit wenig Waschflüssigkeit austreten. Die Überlauf fraktion wird in dem unter der Haube 79 befindlichen, gemeinsamen Auffangraum 84 aufgefangen. Aus diesem Raum wird die Überlauffraktion durch die gemeinsame Abfuhrleitung 82 abgeführt.

Die Fig. 7 bis 11 zeigen einige der vielen möglichen Schemata von zum Waschen von Gemischen vorgesehenen Vorrichtungen, welche einige Hydrozyklone oder Gruppen von Hydrozyklonen umfassen, die auf untereinander verschiedene Trennwichten eingestellt sind. Das zu behandelnde Produkt wird dann aus dem Bunker 38 durch eine Leitung 39 einer Pumpenvorlage zugeleitet. Jedes Aggregat besteht aus einer Pumpen vorlage 41, 51 bzw. 61, in der das in den Hydrozyklonen 40, 50 bzw. 60 zu waschende Produkt gemischt wird. Aus dieser Pumpenvorlage geht das Produkt über die Leitungen 42, 52 bzw. 62 den Pumpen 43, 53 bzw. 63 zu; von den Pumpen geht es den Hydrozyklonen 40, 50 bzw. 60 zu, in die die Leitungen 44, 54 bzw. 64 tangential einmünden. In diesen erfolgt die Trennung derart, daß eine Ablaßfraktion, die vorwiegend spezifisch schwerere, und weiterhin eine Überlauffraktion anfällt, die hauptsächlieh spezifisch leichtere Partikeln enthält.

Aus diesen Zyklonen wird die Ablaßfraktion durch die Leitung 45, 55 bzw. 65 abgeführt, während die Überlauffraktion durch die Leitungen 46, 56 bzw. 66 zur Abführung gelangt.

Wo nötig, wird Waschflüssigkeit, die gegebenenfalls aus regenerierter Waschflüssigkeit besteht, über die Leitungen 47, 57 bzw. 67 den Pumpenvorlagen zugestellt.

Die in diesem Schemata eingezeichneten Hydro-Zyklone 60 sind auf eine niedrigere Trennwichte, die Hydrozyklone 50 auf eine höhere Trennwichte eingestellt. Die Hydrozyklone 40 sind auf eine Trennwichte reguliert, die zwischen den betreffenden zwei Trennwichten liegt, jedoch einer gleichkommen darf. Fig. 7 und 8 zeigen eine Vorrichtung zum Trennen in zwei Stufen.

Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß die Ablaßfraktion, die der ersten Stufe entstammt, in der die Hydrozyklone 60 auf eine niedrige Trennwichte scheiden, in einer zweiten Stufe, und zwar in den auf eine hohe Trennwichte eingestellten Hydrozyklonen 50 nachbehandelt wird. Die Überlauffraktion, die der zweiten Stufe entstammt, enthält eine verhältnismäßig große Menge leichten Produktes; diese Überlauf fraktion wird über die Leitung 56 der zu den Hydrozyklonen 60 der ersten Stufe zugehörigen Pumpenvorlage 61 zugeleitet. Die Ablaßfraktion der zweiten Stufe und die Überlauffraktion der ersten Stufe stellen Endprodukte dar und werden über die Leitungen 55 bzw. 66 abgeführt. In Fig. 8 stellt die Ablaßfraktion der ersten Stufe, in der die Hydrozyklone 50 auf eine hohe Trennwichte eingestellt sind, das endgültige schwere Produkt dar, das durch die Leitung 55 zur Abführung gelangt. Die Überlauffraktion wird durch die Leitung 56 der zweiten Stufe zugeführt, in der sie einer nachträglichen Trennbehandlung auf niedrige Trennwichte unterzogen wird. Die alsdann anfallende Überlauffraktion wird als Endprodukt über die Leitung 66 abgeführt; die Ablaßfraktion wird über die Leitung 65 der Pumpen vorlage 51 der ersten Stufe wieder zugeleitet.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen Schemata von Vorrichtungen, in denen in drei Stufen getrennt wird. In diesen wird das Gemisch in einer ersten Stufe in den Hydrozyklonen 40 vorgewaschen, die auf eine Trennwichte eingestellt sind, die zwischen denjenigen liegt, worauf die Hydrozyklone 50 und 60, die den Endstufen zugehören, einreguliert sind.

Die Überlauffraktion der ersten Stufe wird über die Leitung 46 der Pumpenvorlage 61 zugeleitet, die der auf eine niedrige Trennwichte waschenden Stufe zugehört, hingegen wird die Ablaßfraktion über die Leitung 45 der Pumpen vorlage 51 zugestellt, die der auf eine hohe Trennwichte waschenden Stufe angehört. Die Ablaßfraktion der Hydrozyklone 50 stellt wieder das spezifisch schwere Endprodukt dar, die Überlauf fraktion der Hydrozyklone 60 entspricht dem spezifisch leichten Endprodukt. Die genannten Fraktionen werden zur weiteren Behandlung einzeln durch die Leitungen 55 bzw. 66 abgeführt.

Gemäß dem Schema der Fig. 9 wird die Ablaßfraktion der Hydrozyklone 60, d. h. die mit der niedrigsten Trennwichte, der Pumpenvorlage 41 der ersten Stufe wieder zugeleitet, während die Überlauffraktion der Hydrozyklone 50, d. h. diejenigen, die auf die größte Trennwichte einreguliert sind, und die Überlauffraktion, die der ersten Stufe entstammt, in den Hydrozyklonen 60 gleichzeitig nachbehandelt werden. Gemäß dem Schema der Fig. 10 werden die Ablaßfraktionen der ersten Stufe und derjenigen Stufe, die auf die niedrigste Trennwichte einreguliert ist, einzeln über die Leitungen 45 bzw. 65 der Stufe zugeleitet, die auf die höchste Trennwichte reguliert worden ist. Die der letztgenannten Stufe entstammende Überlauffraktion wird über die Leitung 56 der Pumpenvorlage 41 der ersten Stufe zugeleitet.

Fig. 11 zeigt eine dritte Variation. Die Ablaßfraktion der Hydrozyklone, die auf eine niedrige Trennwichte, und die Überlauf fraktion der Hydrozyklone, die auf eine hohe Trennwichte einreguliert sind, werden beide durch die Leitungen 56 bzw. 65 der Pumpen vorlage der ersten Stufe wieder zugeleitet. Naturgemäß sind mehrere Variationen möglich, ohne daß man über den Rahmen der Erfindung hinausgeht. In den verschiedenen Stufen wird der Zusatz von Wasser bzw. der Zusatz neuer Waschflüssigkeit nur stattfinden, soweit dies nötig ist. Wenn eine Ablaßfraktion einer Nachbehandlung unterzogen werden soll, so ist dies erforderlich, weil naturgemäß diese Ablaßfraktion, weil sie zu stark konzentriert und daher zu viskos ist, nicht weitergepumpt werden kann.

Die endgültigen Endprodukte, welche einzeln über die Leitungen 55 bzw. 66 zur Abführung gelangt sind, können in bekannter Weise, z. B. durch Sieben, nachbehandelt werden. Die Überlauffraktion kann man oft zweckmäßig in einem oder mehreren Eindickzyklonen eindicken, ehe man sie weiteren Behandlungen unterzieht. Die wiedergewonnene Waschflüssigkeit kann dann durch eine oder mehrere der Leitungen 47, 57 oder 67 dem Kreislauf wieder zugeleitet werden.

Wie aus den Schemata ersichtlich, werden die Zwischenprodukte ausnahmslos rezirkuliert. Manch-

mal ist dies nicht möglich, z.B. wenn in denselben

-' größere Mengen Partikeln enthalten sind; die ein zwischenliegendes spezifisches Gewicht aufweisen. In diesefli Falle wird die Rezirkulation nur teilweise, oft überhaupt nicht stattfinden können.

Es bedarf keiner Erläuterung, daß dort, wo in den Schemata ein Hydrozyklon angegeben worden ist, statt dessen auch eine Gruppe parallel geschalteter Hydrozyklone aufgestellt werden kann.

ίο Sind die Hydrozyklone einzeln auf verschiedenen Niveaus aufgestellt, so kann man in einigen Fällen eine oder mehrere Pumpen fortlassen. Der hydrostatische Druck liefert in diesem Falle den Überdruck zum Betreiben des Hydrozyklöns.

Es ist ebenfalls möglich, einen Hydrozyklon einer vorangehenden Stufe zu betreiben unter Anwendung eines solchen Gegendrucks auf die Überlauf fraktion, daß dieser' ausreicht, um mit ihm einen Hydrozyklon der nächsten Stufe zu betreiben. So ist es z. B. möglich, im Schema der Fig; 6 die Pumpe 63 und Pümpenvorlage 61 fortzulassen und das Überlaufrohr 56 gleich an die Tangentialzuleitung 64 des Hydrozyklöns 60 anzuschließen. Der Hydrozyklon 50 muß in diesem Falle derart eingestellt werden, daß er beispielsweise bei

einem Überdruck von 0,5 atü arbeiten kann. Man wird den Zufuhrdruck in diesem Falle um etwa 0,5 atü steigern müssen, während die Ablaßöffnung noch zu drosseln ist.

Beispiel 12

Zum Waschen rohen Kohlenschlamms (Korngröße 0 bis ι mm), wozu Wasser als Waschflüssigkeit zur Anwendung gelangte, wurde eine Vorrichtung gemäß dem Schema der Fig. 11 verwendet. ^;

Roher Kohlenschlamm wurde aus dem Bunker 38 ':^:" zur Pumpenvorlage 41 befördert und in derselben mit Wasser (Leitung 47) sowie^: mit den aus der Ablaßleitung 65 der- Hydrozyklone 60 -und der Überlaufleitung 56 der Hydrozyklone 50 austretenden, rezirkulierten Produkten gemischt. Aufrechterhalten >"» ' wurde als Konzentration an Feststoff in der Zufuhr zu ■den Hydrozyklonen 40 : 490 g/l.

Zur Verwendung gelangten Hydrozyklone der in Fig. 2' gezeigten Ausführungsform, die folgende Abmessungen hatten:

Durchmesser der Rotationskammer .., 100 mm, Durchmesser der Zufuhrleitung ...... 20,4 mm, Durchmesser des Üb erlauf rohr s ...... 42 mm,

^5P Durchmesser der Ablaßöffnung ...... 23 mm, . _? Größe des halben Konuswinkels ..... 37 V₂ ⁰,

Länge des zylindrischen Teils 60 mm.

Die Hydrozyklone 40,50 und 60 waren mit Überlauf ~ rohren ausgestattet, deren Länge auf 25,40 bzw. 20 mm eingestellt war (AbstandA = 73, 58 bzw. 78 mm). * Aufrechterhalten wurde als Zufuhrdruck für die Hydrozyklone 40 und 6ö = 0,6 atü, für die Hydrozyklone 50 = 0,5 atü. ■ Aus der Üb erlauf fraktion der Hydrozyklone 60 wurde Kohle mit einem Aschengehalt von 14,3 °/₀ " ' gewonnen; der Bergerückstand aus der Ablaßfraktion der Hydrezyklone 50 wies einen Aschengehalt von 72,8 °/₀ auf. Die Zufuhr wies einen Aschengehalt von 22,6 °/₀ auf. Pro Stunde wurde 0,6 t Kohlenschlamm verarbeitet.

Der relativ hohe Aschengehalt der Kohle ist in der Hauptsache darauf zurückzuführen, daß in dieser halbtechnischen Anlage die feinste Fraktion, d, h. die mit einer Korngröße von 75, nur schlecht getrennt wird. Bei vorheriger Klassierung, womit bewirkt wird, daß in dem zu waschenden Produkt die sehr feinen Partikeln nahezu ganz fehlen, kam man zu folgendem Resultat:

Aschengehalt Zufuhr ... 16,8 °/₀,

Aschengehalt Kohlenfraktion 6,2%,

Aschengehalt Bergefraktion 72,1 °/₀.

Beispiel 13

Nachstehender, in technischem Umfang durchgeführter Versuch dürfte dazu dienen, die Resultate, die mit dem erfindungsgemäßen Kohlenschlammwaschverfahren erhalten wurden, und diejenigen, die sich bei einer Flotation ergaben, miteinander zu vergleichen.

Bei der Flotation von Kohlenschlamm < 1 mm werden gröbere Kohlenpartikeln, die zufälligerweise z. B. durch Schadhaftigkeit der Siebe (Löcher) vorhanden sind, nicht oder nur sehr mangelhaft gewonnen. Sie verbleiben in der Bergefraktion. Verwendet man aber Hydrozyklone, so ergeben sich keine Schwierigkeiten. Eine Anlage mit einer Kapazität von 10 t Kohle pro Stunde verlangt z. B. fünf Kleinbentink-Flotationsmaschinen und eine Speisepumpe. Der gs Kraftbedarf beträgt 30 PS, der Teerölverbrauch 15 kg pro Stunde. Die mit dieser Apparatur gewonnene Kohle hatte einen Aschengehalt von 12,3 °/₀, die Bergefraktion einen von 68,6°/₀. Die Gesamtausbeute an Kohle betrug 81,2 % des Ausgangsproduktes.

Eine gleiche Menge Kohlenschlamm gleicher Zusammensetzung wurde¹ unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Anlage, die dem Schema der Fig. 5 entspricht, gewaschen. In der ersten Stufe (Hydrozyklon 60) wurde eine Gruppe von parallel geschalteten Hydrozyklonen (60 Stück) verwendet. Diese Hydrozyklone hatten folgende Abmessungen:

Durchmesser der Rotationskammer ... 60 mm,

Durchmesser der Zufuhröffnung 14 mm,

Durchmesser des Überlaufrohrs 25 mm,

Länge des zylindrischen Teils 40 mm,

Länge des Überlaufrohrs. 25 mm,

Abstand A 30 mm,

Größe des halben Konuswinkels 37¹Ii- ^U5

Aufrechterhalten wurde ein Zufuhrdruck von 0,7 atü. Die Ablaßfraktion der Hydrozyklone 60 wurde in einer aus 35 parallel geschaltetenHydrozyklonenbestehenden Gruppe 50 einer Nachbehandlung unterzogen. Die Abmessungen dieser Hydrozyklone entsprachen denen der ersten Gruppe; nur betrug die Länge des Überlaufrohrs 40 mm (Abstand A = 23mm). Als Zufuhrdruck wurde 0,6 atü angewendet. Die dieser zweiten Gruppe entstammende Üb erlauf fraktion wurde völlig rezirkuliert. ■ - ■

Zwei Pumpen 63 und 53, Gesamtkraftbedarf 6 PS,

besorgten den Antrieb dieser Anlage. Die anfallende Kohle wies einen Aschengehalt von 12,5 % auf, der Bergerückstand 73,5 %. Die Gesamtausbeute an Kohle betrug 84% des Ausgangsproduktes.

Claims

Patentansprüche:

1. Hydrozyklon zum Trennen von Gemischen vcn Partikeln unterschiedlicher Wichte und Korngröße in eine Fraktion, welche vorwiegend spezifisch schwerere, und eine Fraktion, die vorwiegend spezifisch leichtere Partikeln enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrozyklon mit einem Überlaufrohr ausgestattet ist und eine Ablaßöffnung aufweist, deren Durchmesser sich auf 0,7 des Durchmessers der Überlauföffnung beläuft oder weniger beträgt, während die Wand des konischen Teils des Hydrozyklons an der Stelle,

ao wo parallel zur Achse verlaufende Linien, die durch den Rand der Überlauföffnung gehen, diese Wand schneiden, mit der Achse einen Winkel von 25 bis 45° bildet.

2. Hydrozyklon gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er derart aufgestellt ist, daß seine Achse annähernd senkrecht mit der Ablaßöffnung nach unten steht, wobei die Ablaßöffnung ins Freie, jedenfalls nicht unter das Niveau einer Flüssigkeit ausmündet.

3. Hydrozyklon gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittfläche der Zufuhröffnung oder, falls mehrere Zufuhröffnungen vorhanden sind, die Summe deren Querschnittflächen im Höchstfall vier Zehntel und zumindest fünfzehn Hundertstel der Querschnittfläche der Überlauföffnung beträgt.

4. Hydrozyklon gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der entsprechend einer parallel zur Rotationsachse verlaufenden Linie gemessene Abstand vom unteren Rand des Überlaufrohrs an bis an die Wand des konischen Teils höchstens das 4fache des Durchmessers des Überlaufrohrs und mindestens drei Zehntel des betreffenden Durchmessers beträgt.

5. Hydrozyklon gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Überlauföffnung ein Drittel bis die Hälfte des Durchmessers der Rotationskammer beträgt.

6. Hydrozyklon gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Ablaßöffnung und/oder die Länge des Teils des Überlaufrohrs, das sich in der Rotationskammer befindet, variiert werden kann.

7. Hydrozyklon gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlaufrohr in ein Gefäß oder in eine Leitung mündet, die mit Mitteln versehen ist, mit denen der auf die Überlauffraktion wirkende Druck variiert werden kann.

8. Vorrichtung zum Trennen von Gemischen von Partikeln unterschiedlicher Wichte und Korngröße in eine Fraktion, welche vorwiegend spezifisch schwerere, und eine Fraktion, die vorwiegend spezifisch leichtere Partikeln enthält, dadurch gekennzeichnet, daß als wesentlicher Teil der Vorrichtung zwei oder mehrere identische Hydrozyklone gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 vorhanden sind, und diese Hydrozyklone derart angeordnet sind, daß deren Zuleitungen in einen gemeinsamen Zufuhrraum und die Abfuhrleitungen für die Überlauffraktion in einen gemeinsamen Abfuhrraum einmünden.

9. Vorrichtung zum Trennen von Gemischen von Partikeln unterschiedlicher Wichte und Korngröße in eine Fraktion, welche vorwiegend spezifisch schwerere, und eine Fraktion, die vorwiegend spezifisch leichtere Partikeln enthält, dadurch gekennzeichnet, daß als wesentlicher Teil der Vorrichtung zwei oder mehrere Hydrozyklone gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 oder Gruppen parallel geschalteter Hydrozyklone gemäß Anspruch 8 vorhanden sind, und diese Hydrozyklone oder Gruppen von Hydrozyklonen derart in Reihenschaltung angeordnet sind, daß die Abfuhrleitung für die Überlauffraktion und/oder für die Ablaßfraktion von mindestens einem der Hydro-Zyklone oder einer der Gruppen von Hydrozyklonen, gegebenenfalls über eine Pumpe und zugehörige Pumpenvorlage mit der Zuleitung eines weiteren Hydrozyklons oder mit der Zuleitung .einer weiteren Gruppe von Hydrozyklonen verbunden ist, während mindestens die Hydrozyklone zweier aufeinanderfolgender Stufen auf unterschiedliche Trennwichten eingestellt sind.

10. Verfahren zum Trennen von Gemischen von Partikeln unterschiedlicher Wichte und Korngröße in eine Fraktion, welche vorwiegend spezifisch schwerere, und eine Fraktion, die vorwiegend spezifisch leichtere Partikeln enthält, indem man das Gemisch mit einer Trägerflüssigkeit oder Trägersuspension in einem Hydrozyklon oder in einer Gruppe von Hydrozyklonen behandelt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch mit einer Trägerflüssigkeit oder Trägersuspension gemischt wird, deren spezifisches Gewicht niedriger liegt als die Trennwichte, welche das spezifische Gewicht darstellt, worauf getrennt werden soll, wobei, wenn eine Suspension zur Verwendung gelangt, diese Suspension derart stabil ist, daß der Eindickeffekt, der als Folge der im Hydrozyklon (Hydrozyklonen) erzeugten Zentrifugalkräfte auftritt, nicht eine solche Intensität aufweist, daß das spezifische Gewicht der Suspension, die der Ablaßfraktion oder einer der Ablaßfraktionen entstammt, nach der Abtrennung der den Gegenstand der Trennbehandlung bildenden Partikeln höher wird als die Trennwichte, und die anfallende Suspension anschließend unter Druck durch einen Hydrozyklon gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 hindurchgeleitet oder in einer Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 8 und 9 behandelt wird.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verwendung gelangende Trägerflüssigkeit ein spezifisches Gewicht hat, das niedriger ist als das spezifische Gewicht des spezifisch leichtesten Bestandteils der zu trennen- las den Partikeln.

12. Verfahren gemäß Anspruch ίο, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verwendung gelangende Trägersuspension aus einer Suspension feiner Partikeln der spezifisch schwersten Fraktion besteht.

13. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verwendung gelangende Trägersuspension aus einer Suspension feiner Partikeln der spezifisch leichtesten Fraktion besteht.

14. Verfahren gemäß den Ansprüchen 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch einer mehrstufigen Behandlung unterzogen wird, bei der in mindestens zwei Stufen bei den zur Verwendung gelangenden Hydrozyklonen, die miteinander identisch sind, bewirkt wird, daß der Zufuhrdruck, der Druck, der auf die Überlauffraktion ausgeübt und die Länge des Überlaufrohrs und/oder der Durchmesser der Ablaßöffnung variabel sind und auf unterschiedliche Trennwichte getrennt wird.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die bei diesem Verfahren anfallenden Zwischenprodukte ganz oder zum Teil rezirkuliert werden,

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen