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Verfahren zum Transport körniger Materialien
Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Transport körniger Materialien.
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Sollen körnige, feste Materialien durch eine Rohrleitung transportiert
werden, so müssen sie im flüssigen Zustand gehalten werden, bis der Ausladeort erreicht
ist. Feste Materialien können in einen flüssigen Zustand gebracht werden, indem
sie in einer geeigneten Flüssigkeit aufgelöst oder in einer Flüssigkeit mit einer
genügenden Viskosität und Dichte zur Verhinderung des Sichabsetzens suspendiert
werden.
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Es gibt bereits solche Verfahren, bei welchen die Materialien mit
einem Lösungsmittel und einem Stoff gemischt werden, der mit dem Lösungsmittel ein
Gel bilden kann. Hierauf wird die Mischung durch eine Förderleitung gefördert, und
dann werden die Materialien aus der Mischung wiedergewonnen.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß die zu transportierenden
Materialien mit dem Wasser und einem kolloidalen Ton gemischt werden.
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Die Transportmittel dieser Art fließen frei durch die Rohre, und
die Wiedergewinnung der transportierten Stoffe hieraus erfolgt leicht und billig
durch geeignete Verfahren, z. B. Filtrierung, Verdampfung und Zentrifugierung.
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Bestimmte Tone haben die Eigenschaft, ein Gel in wäßrigen Salzlösungen
(Solen) zu bilden, wodurch es möglich ist, sowohl suspendierte Festteilchen als
auch aufgelöste Salze zu transportieren.
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Das erfindungsgemäße Beförderungsverfahren ist im Vergleich zum Transport
über die bekannten Förderwege sehr wirksam und billig. Die Röhrenleitung kann ununterbrochen
das Material versenden, sobald es gefördert ist oder für den Transport bereitsteht.
Eine Speicherung des Materials
ist nicht notwendig. Die Anfangsinvestierung
für eine Röhrenleitung ist geringer als die für die bekannten Förderwege. Die Betrieb&ausgaben
sind ebenfalls kleiner.
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Zwecks Beschreibung der Erfindung im einzelnen wird auf mehrere Ausführungsbeispiele
Bezug genommen.
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Beispiel 1 Gemäß diesem Beispiel der Erfindung wird ein Gel vor allem
als Suspendierungsmittel für den Transport körniger Stoffe benutzt. Eine typische
Analyse einer Mischung von zu transportierenden Materialien kann sein: 6 Ge'wichtsteile
Wyoming-Bentonitton, 100 Gewichtsteile Wasser, So Gewichtsteile körniges Material,
z. B. Kohle. Werden der Ton und das Wasser in diesen Verhältnissen heftig zusammengerührt,
so wird ein Gel mit einer Stormer-Viskosität von ungefähr 15 bis 20cP gebildet.
Die Kohleteilchen werden diesem Gel zugefügt. Die Mischung wird durch geeignete
Mittel, mechanische Mittel oder durch Schwerkraft durch die Röhrenleitung zum gewünschten
Bestimmungsort gefördert. Die Kohle kann dann von der Mischung durch geeignete Mittel,
z. B. Filtrierung, getrennt werden. Sie wird dann, wenn gewünscht, gewaschen und
getrocknet, worauf sie verkaufsfähig ist oder sonstwie benutzt werden kann.
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Unlösliche Feststoffe sind für das Transportmittel auf der Bentonitbasis
am meisten geeignet, da lösliche Materialien, insbesondere die Salze, die Neigung
haben, vom Ton flockige Absonderungen hervorzurufen. Dies gilt für die Gele, die
aus sämtlichen kolloidalen Tonmitteln, mit Ausnahme des im Beispiel 2 benutzten,
gebildet werden. Diese Neigung der Erzeugung flockiger Absonderungen vom Ton kann
in einem gewissen Grad jedoch durch eine sorgfältige Dispersion der Tone im frischen
Wasser überwunden werden, worauf dann das lösliche Material zugefügt wird, welches
transportiert werden soll. Das Material kann natürlich wieder nachträglich durch
Verdampfung oder ähnliche Verfahren gewonnen werden.
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Andere kolloidale Materialien, wie z. B. der Texas-Bentonittcn. können
in diesem Verfahren benutzt werden, und selbstverständlich können auch andere Materialien,
z. B. Eisenerz, mit Hilfe des Verfahrungsmittels dieses Beispiels transportiert
werden.
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Beispiel 2 In diesem Beispiel wird ein Gel sawohl als Auflöse- und
Suspendierungsmittel für den Transport eines einzigen lösbaren Materials als auch
einer Mehrzahl von lösbaren oder unlösbaren Materialien benutzt. Eine typische Mischung
gemäß diesem Beispiel ist: 6 Gewichtsteile Florida - Georgia-Walkerde, IOO Geavichtsteilte
Wasser, 35 Gewicht teile (I)-Kaliumchlorid (als Lösung), 35 Gewichtsteile (2) -Kaliumchlorid
(als Kristalle).
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Die Florida-Georgia-Walkerde soll einen wesentlichen Betrag ihres
natürlichen Hydrierungswassers enthalten. Sie ist dann zur Bildung eines Gels in
salzigen Lösungen fähig. Bei ungefähr 210 C besteht eine gesättigte Wasserlösung
des Kaliumchlorids aus 35 Teilen des Salzes und IooTeilen Wasser. Eine solche Lösung
soll hergestellt werden.
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Es werden dann die 6 Teile der Walkerde zugefügt. Werden diese Bestandteile
gut durch geeignete Mittel, z. B. durch eine bekannte Dispersionsmühle, gemischt,
so erhält man ein Gel mit einer Stormer-Viskosität von ungefähr 20 cP. Eine zusätzliche
Menge von Kaliumchioridknstallen, vorzugsweise von ausreichender Feinheit, daß sie
durch ein Sieb mit hundert Maschen je Quadratzoll hindurchgehen können, kann im
selben Betrag der Kaliumchloridlosung (35 Teile) dem Gel ohne daß ein beträchtliches
Sichabsetzen erfolgt, zugefügt werden. Diese Mischung des aufgelösten und suspendierten
Kaliumchlorids und eines Gels kann dann durch eine Röhrenleitung zum Bestimmungsort
transportiert werden.
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Am Bestimmungsort können dann die festen Kristalle des Kahumchlorids
ausgefiltert, zentrifugiert oder durch andere geeignete Mittel von der übrigbleibenden
kolloidalen Salzlösung getrennt werden. Dieser Vorgang kann durch Verwendung eines
Verdünnungsmittels erleichtert werden, welches genügend wirksam ist, um die Viskosität
auf einen Punkt zu reduzieren, bei welchem die Kristalle sich vollkommen absetzen.
Es können auch Mittel zur Veränderung der Olberflächenspannung, z. B. die sulfonierten
Alkohole zwecks Erleichterung der Abscheidung des körnigen Materials, zugefügt werden.
Das aufgelöste Salz kann aus der I,ösung durch geeignete Verfahren der Verdampfung
oder des Fällens wiedergewonnen werden.
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Die Brauchbarkeit der vorhergehenden Mischung kann noch weiter durch
Hinzufügen eines anderen Materials erhöht werden, welches in der Lösung des Kaliumchliorids
aufgelöst werden kann. Ein derartiges Material ist Natriumchlorid. Es können hiervon
30 Teile in der vorherbeschriebenen, gesättigten Salzlösung aufgelöst werden. Das
aufgelöste Natriumchlorid und Kaliumchlorid können voneinander und vom Lösungsmittel
durch geeignete Verfahren an der Endstelle der Röhrenleitung getrennt werden.
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Die vorhergehende Mischung ist von großem praktischem Wert, da Natriumchlorid
ein Nebenprodukt bei der Gewinnung des Kaliumchlorids aus sylvinitischen Ablagerunigen
ist. Wegen der hohen Versandkosten ist dieses Nebenprodukt bisher im Stich gelassen
worden. Nunmehr ist es mög lich, es fast kostenlos zu transportieren, da es ohne
weiteres dem Transportmittel, welches das geförderte Kaliumchlorid enthält, zugefügt
werden kann. Es sei bemerkt, daß Walkerde der oben beschriebenen Art besonders in
Gebieten wertvoll ist, wo nur mineralische Wasser als Lösungsmittel zur Verfügung
stehen. Dieser Ton hildet leicht Gele in diesen Wassern, so daß, auch wenn ein unerwnünschter,
gelöster Bestandteil ebenfalls transportiert wird, ein dadurch gebildetes Transportmittel
genügende Viskosität haben wird, um die gewünschten unlöslichen Teilchen zu tragen.
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Es ist klar, daß die spezifischen Bestandteile, ihre Proportionen
und die Viskositäten der Transportmittel im weiten Umfang geändert werden können
und in jedem Fall durch einfache Experimente oder durch Beurteilung des die Erfindung
Ausführenden bestimmt werden müssen. Ist ein normal festes Material (oder Materialien)
in dem aufgelösten Zustand zu transportieren, so soll die Lösbarkeit, welche für
den Transport in Betracht kommt, bei der niedrigsten Temperatur in Erwägung gezogen
werden, da ein Übermaß gefällt werden und sich in der Röhrenleitung absetzen kann.
Die Lösbarkeit kann leicht aus Handbüchern oder durch einfache Versuche bestimmt
werden.
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Wird ein aufgelöstes Material benutzt, so soll eine Nrersuchsanalyse
auf einer Prüfröhrenskala vorgenommen werden, um sicherzugehen, daß es keine flockigen
Absonderungen des kolloidalèn Gels hervorruft. Wie erwähnt, ist es wünschenswert,
eine Florida - Georgia -Walkerde zu verwenden, welche einen wesentlichen Bestandteil
ihres natürlichen Hydrierungswassers hat, wenn ein aufgelöstes Material versnlendet
wird, und zwar wegen ihres Widerstandes gegen flockige Absonderungen.
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Gewisse Eigenschaften der suspendierten Teile sollen ebenfalls in
Erwägung gezogen werden, bevor die eigentlichen Arbeitslvorgänge gemäß dem Transportverfahren
der Erfindung ausgeführt werden. Diese Eigenschaften sollen in Verbindung mit der
Viskosität und der Dichte des flüssigen Transportmittels betrachtet werden. Man
muß sich vergegenwärtigen, daß sowohl die Viskosität als auch Dichte des flüssigen
Mittels einen Widerstand gegen das Sichabsetzen der suspendierten Festteilchen darstellen.
Im allgemeinen wird die Dichte des flüssigen Mittels oder Gels durch das zu transportierende,
aufgelöste Material erhöht, weil deshalb ein Gel mit dem gewünschten Betrag des
Materials im Lösungszustand bei der Ausführung von Versuchen und Entscheidungen
benutzt werden soll. Sind die zu transportierenden festen Teilchen weniger dicht
als das flüssige Mittel, so gibt es kein Problem des Sichabsetzens, und das Transport
mittel braucht nicht viskos zu sein. Dies trifft aber nur in ungewöhnlichen Fällen
zu, und es ist im allgemeinen notwendig, einen viskosen Widerstand gegen das Sichabsetzen
als Ergänzung zu der L)ichte des flüssigen Mittels vorzusehen.
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Der viskose Widerstand gegen das Sichabsetzen kann auf zwei Arten
erhöht werden. Vor allem kann er durch Erhöhung des Betrages des kollbidalen Materials
im Verhältnis zu dem flüssigen Suspendierungsmittel vermehrt werden. Erhöht sich
jedoch die Viskosität, so trifft dies auch auf den Widerstand gegen den Fluß durch
die Röhrenleitung zu, wenn auch zu bemerken ist, daß die kolloidalen Tone ein glattes
Gel mit einem überraschend niedrigen Widerstand bildern. Infolgedessen ist es notwendig,
die Viskosität in Anbetracht der im Widerspruch zueinander stehenden Punkte der
Suspendierungskraft und des Widerstandes gegen den Fluß zu bestimmen. Es wurde gefunden
daß der meist wünschenswerte Bereich der Viskosität 15 bis 2ocP ist, wie dies durch
das Stormer-Viskosimeter festgestellt wurde, wenn auch besondere Umstände, insbesondere
die Rohrgrößen, die in einzelnen Fällen in Frage kommen können, es oft wünschenswert
machen, Viskositäten außerhalb dieses Bereiches zu verwenden.
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Der zweite Faktor, welcher den viskosen Widerstand beeinflußt, ist
die Größe und Form der Festteilchen. Grundlegend ist, daß der Widerstand gegen das
Sichabsetzen direkt abhängig von der Oberfläche der Teilchen ist. Im allgemeinen
kann eine kleine Steuerung auf die Form des einzelnen Teilchens ausgeübt werden.
Kann man dies, so soll die Oberfläche in bezug zum Gewicht oder dem spezifischen
Gewicht des Teilchens so groß als möglich sein. Die Gesamtoberfläche wird durch
Verminderung der Größe der Einzelteilchen erhöht. Während eine Steuerung der Teilchenform
nicht immer möglich ist, ist es gewöhnlich möglich, die Teilchengröße in einem bestimmten
Ausmaß durch mechanische oder andere Mittel zu steuern.
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Dies bildet ein gewöhnliches Mittel für die Steuerung des viskosen
Widerstandes, wenn eine bestimmte Viskosität gewünscht wird.
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Die gewünschte Teilchengröße, Form und Oberfläche sowie auch die
Viskosität des flüssigen Mittels können willkürlich oder vorzugsweise durch einfache
Versuche bestimmt werden. Diese Versuche bestehen bloß in der Herstellung eines
kleinen Musters des viskosen flüssigen Mittels. Ihm werden einige feste Teilchen
zugefügt. Dann wird die Geschwindiigkeit des Sichabsetzens dieser Teilchen beobachtet.
Es ist vorzuziehen, daß die Geschwindigkeit des Sichabsetzens in dem Bereich von
o bis 0,305 m je Minute fällt, wenn auch eine größere Geschwindigkeit des Sichabsetzens
selbstverständllich in Frage kommen kann, falls die Rohrleitung kurz ist oder ein
ausreichendes Schütteln in der Rohrleitung erfolgt, um das Sichabsetzen zu verhindern.
Zeigen solche Versuche eine zu große Geschwindigkeit des Sichabsetzens, so kann
die Viskosität des flüssigen Mittels erhöht werden.
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Wenn,. wie oben angezeigt, die Viskosität ungefähr I5 bis 20 cP beträgt,
so ist es wünschenswert, die Teilchenigröße zu vermindern oder die einzelnen Teilchenoberflächen
zu erhöhen. Zeigen solche Versuche eine sehr geringe Geschwindigkeit des Sichabsetzens,
so ist es wünschenswert, die Viskosität durch Hinzufügen von mehr Lösungsmittel
zu verringern und somit den Widerstand gegen den Fluß durch die Rohrleitung zu verkleinern.
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Derartige Versuche können auch seDbstverständlich dazu benutzt werden,
das Verhältnis der nicht löslichen Bestandteile zu den anderen Bestandteilen der
flüssigen Transportmischung zu bestimmen.
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Im Fall es nicht ratsam oder möglich ist, eine geeignete Geschwindigkeit
des Sichabsetzens durch Steuerung der Viskosität oder Teilchenoberfläche zu erhalten,
kann ein Schütteln in der Röhrenleitung benutzt werden. Zweckmäßig kann dies durch
Riffelung der Innenseite der Rohre ungefähr in der Weise, in welcher Gewehrläufe
mit Zügen versehen werden, geschehen. Geht die flüssige
Mischung
durch ein geriffeltes Rohr, so wird sie gerüttelt, so daß die festen Teilchen in
Suspension bleiben. Andere Mittel des Rüttelns bestehen darin, daß in Abständen
in der Röhrenleitung eine Vorrichtung angebracht wird, welche die Seiten des Rohres
kratzt und irgendvelche Absetzungen aufgreift. Solche Vorrichtungen werden schon
benutzt, um die Röhrenleitungen zu reinigen.
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Wird Wasser als Lösungsmittel benutzt und sind aufgelöste Materialien
zu transportieren, so wird natürlich mit Wahrscheinlichkeit das Problem der Korrosion
auftreten. Es wurde gefunden, daß durch Einstellung des pH-Wertes der flüssigen
Mischung auf 8,o, wenn möglich, keine Korrosion im Stahlrohr guter Qualität auftritt.
Im Fall die pn-Steuerung nicht ausreichend ist, kann natürlich das Rohr aus Gußeisen
hergestellt werden, oder die Leitungen können mit Glas, Gummi oder anderen geeigneten
Materialien versehen werden.