DE923301C - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten von Mineralien, insbesondere von Steinkohle, in Schwerfluessigkeit - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten von Mineralien, insbesondere von Steinkohle, in Schwerflüssigkeit Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zum Aufbereiten von Stoffgemischen aus Bestandteilen verschiedener Wischte, insbesondere feinkörnigen Mineralien aller Art, wie Erze und Steinkohle, in ;Schwerflüssigkeit mit Hilfe der Zentrifugalkraft. Als Schwerflüssigkeit kommen nebenechten Lösungen, wie z. B. Zinkchlorid, Calciumchl@orid, in erster Linie Suspensionen aus Wasser und feinstgemahlenen Beschwerstoffen, wie z. B. Pyrit, Magnetit, Feldspat, FerrosIlizium, Bleiglanz, Sand @od. dgl., in Betracht. Das spezifische Gewicht der Schwerflüssigkeit liegt dabei zwischen den. spezifischen Gewichten der leichten und schweren Bestandteile des Aufgabegutes, so daß !erstere schwimmen und letztere absinken.
• Die Anwendung der Zentrifugalkraft bei der Schzverflüssigkeitsaufbereitung ist bekannt. So ist bereits vorgeschlagen worden, das Aufgabegut im Gemisch mit Schwerflüssigkeit zentral durch .eine Schleuderkammer zu führen, die in einem mit SchwerflüssIgkeät gefüllten Behälter umläuft und mit diesem am Umfang in offener Verbindung steht. Der Behälter weist seine Austrittsöffnung auf, so " ständig ein Teil der zentral in die Schleuderkammer reingeführten Schwerflüssigkeit in der Schleudierkammer nach außen strömt. Diese Auswärtsströmung beeinträchtigt jedoch die Wichtetrennung des Aufgabegutes in unerwünschter Weise.
• Gemäß der Erfindung wird innerhalb eines geschlos-s:enen oder unter Druck stehenden, mit Schwerflüssigkeit gefüllten BehX,ters Lein ringförmiges statisches (strömungsfreies) Schwerflüssigk@eitsdrehfel.d aufrechterhalten, das nur an seinem Umfang mit dem Behälter in Verbindung steht und unmittelbar ein zentrales F1üssigkeitsdrehfeld von geringerem spezifischem Gewicht als das Aufgahegut, z. B. aus Wasser, umschließt, das vorzugsweise durch Aufstauen eines in Richtung der Drehachse zentral

  durch -das Schwerflüssigkeitsdrehfeld geführten

  Tranisportflüsisigkeitsstromes für Idas Aufgabegut

  und das Schwimmgut gebildet wird, dessen Wichte

  kleiner als die des Audgabegutes ist.

  Das zentrale Flüssi;gk@eitsdrehfeld geringerer

  Wichte läßt das mit dien Transpartflüssigkeitsstrom

  zugeführte spezifisch schwerere Aufgabegut unter

  gründlicher Auflockerung radial nach außen in das

  umgebendie Schwerflüssigkeitsdrehfield und damit in

  einen: Bereich hoher Zentnifwgalwirkung fliegen.

  Diabei fängt das Schwerflüssigkeitsdnehfeld die

  spezifisch leichteren Gutsb-estaadtaüie sauf, während

  es idie @spezifisich schwereren wefer bis in den um-

  geb;enden Behälter fi:i@egen läßt. Der Transport-

  flüssigkeitsitrom verlangsamt seine Strömungs-

  geschwindigkeit in dem weiten zentralen Flüssig-

  keitsdrehfeld ;sehr stark, so daß Bauch blattförmiges

  Sinkgut unter Wirkung der starken Zentrifugal-

  kräfte ;mit Sicherheit aus dem langsam strömenden

  .#'lüssigkeitidrehfeld von geringer Viskosität heraus

  in das Schwerflüssigkeitsdrehfeld hineingeschlendert

  wird. Auf diese Weisse wird selbst bei großen

  Kornspannen des Audgabegutes leine sehr scharfe,

  vom; der Kornform praktisch unabhängige Trennung

  des Aufgabegutes in seine Wichtebiestandteile ser-

  reicht.

  In der Zeichnung sind mehrere Ausführungs-

  beispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt,

  und zwar zeigt

  Abb. i einen Schwerflüssigkeitsscheiider im'Schnitt,

  Abb. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel des

  Schwerflüssigkeitsichelders im'Schn itt nach Linie I-I

  in Abb. 3,

  Abb. 3 einen Schnitt nach Linie II-II in Abb. 2.

  In seinem geschlossenen, mit Schwerflüssigkeit

  gefüllten Behälter i läuft ein Laufrad 2 um. Das

  Laufrad besteht Baus ieinem ioberen glockenförmigen

  Hohlkörper 3, der unten bis ;auf leitneu Ringsc'hfitz 4

  von, einer tellerförmigen Scheibe 5 abgeschlossen

  ist. Der Hohlraum des Laufrades wird &rrcheine

  Stauscheibe 6 in seinen Zuflußraum 7 und ;einen Ab-

  flußmaum 8 unterteilt. Der Zuflußraum steht mit

  ,einem zentralen Zufl:ußmohr 9 für dien Transp-ort-

  flüssigkeitsstrom -und der Abflußraum 8 zum Ab-

  führen des Transportflüssigkeitsstromes mit der

  Bohrung der hohlen Antriebswelle i o in Ver-

  bindung. Das Zufllußrohr 9 steckt zentral in der

  weiten: Bohrung clex Antriebswelpe i o und ist durch

  Rippten i i mit letzterer verbunden. Die Antriebs-

  welle io ist durch -eine Stopfbuchsie 12 druckdicht

  nach außen geführt und wird über die Riemen-

  scheibe 13 angetrieben. Sie mündet :o!bien in seine

  ortsfeste Fangkammer 14, die ein Abflußrohr 15 auf-

  weist. Der Behälter i besitzt in seinem Deckeloder

  tamgential in Drehrichtung des Laufrades an seinem

  Umfang seinen Eintrittsstutzen 16 und. ,an seinem

  kegligen unteren Ende einen Austrittsstutzen 17

  und ist mittels dieser Stutzen 16, 17 in einen'Schwem-

  flüsitiigkeitskreislaurf eingeschaltet, der vom Aufgabie-

  _behälter 18 übler den Behälter i, das Trübesieb i 9

  und -die Pumpte 2o zurück zum Aufgabiebehälter 18

  führt und durch die Dro,ssielventile 21, 22 regel-

  bar ist.

  Arbeitsweise. Der Behälter i und das Laufrad 2

  werden durch öixien des Ventils 21 mit Schwer-

  flüssigkeit gefüllt. Alsdiann wird das Ventil 22 ge-

  öffnet wind der Schwerflüssigkeitskreislauf .durch

  Anlassen der Pumpe 2o in Gang gesetzt. Nunmehr

  wird auch das Laufrad 2 in Betrieb genommen. Um

  zu verhindern, da:ß sich das Laudrad .durch Pump-

  wirkung ientveext, ist die Höhe p des Awfgab@e-

  b.ehälters 18 größter hem@essien dals die statische

  Druckhöhe"diie das Laufrad auf Grund seiner Pump-

  wirkung ierzeugt. Durch Einstellen dien Venae 21, 22

  läßt :sich bei behebig starkem Schwerflüssigkeits-

  kneislauf im Behälter i ein Staudruck erzeugen, der

  gleich dem vom Laufrad im Behälter i erzeugten

  Druck ist, ;so da:ß Gleichgewicht der Drücke am

  Ringsichlitz 4 besteht. In diesem Fall vermag das

  Laufrad 2 keimte Schwerflüssigkeit zu fördern. 'Stein

  Schwerflüssigkextsinhalt vollführt dann mit ihm

  lediglich ieine. s römumgsfrieie Drehung und bildet

  so ein statisches Schwerflüssigkeitsdrehfeld. Nun-

  mehr wird dien Laufrad übler das zentrale Zuflluß:

  rohr 9 die Transportflüssigkeit geringerer Wichte

  als das A l gabegut, vorzugsweisse Wasser, zuge-

  führt. Dias Wasser verdrängt die Schwerflüssigkeit

  aus dem Mittelbeil. dies Laufhades, staut sich dort zu

  ;einem die. Laufraddrehzahl annehmenden Wasser-

  kern auf, dessen Durchmesser durch :den Durch-

  messier ;der Staus,cheib,e 6 bestimmt isst, und tritt

  durch die hohle Antriebswelle io und @dde Fang-

  kammer 14 aus dem Abflußmohr 15 wieder ;aus. Der

  von einem unmittelbar angrenzendien Schwerflüssig-

  keitsling umgebene Wasserkern bildet dabei ein

  zentrales Flüssigkeitsdsriehleld.a, dessen spezifisches

  Gewicht kleiner als das des Ausgabegutes und ,des

  umgebenden Schwerflüssigkestsrimges ist und

  dem. leine nur sehr geringe Transpartströmung von

  unten !nach loben herrscht, weil ider Querschnitt des

  Wass ferkemes im Vergleich zurr Querschnitt des

  Zuführrahres 9 sehr groß isst. Der umhüllende

  Schwerflüsspjgkeitsxrimg dagegen ist praktisch strö-

  mungsfrei und bildet deshalb ein statisches

  Schwerflüssigkeitsdrehfeld b. Die zu serwartenden

  Auswasichunigen des Schwerfl.üssiigkeitsdrehfeldes

  durch ;das :strömende Transportflüssigkeitsdrehfeld

  sind ierfahrungsgemäß sehr gering, da sich im Be-

  reich der gemeinsamen Berührungsfläche x der

  beiden DveMelder@a, b leine nahezu strömungsfreie

  Gre=schcht aus Wasser bildet, die das Schwer-

  flüssigkefsfield weitgehend vor Auswaschung schützt.

  Der @durch Auswas,ch=g bedingte geringe Schwer-

  flüssigkeitsabgang kann durch Schwerflüssmgkeits-

  oder Schwerstoffzu@uhr in, das 'Schwerfiüssigkeits-

  dmehfeld deicht ersetzt werden. So kann z. B. durch

  geringen überdruck im Behälter i leine leichte Ein-

  wärtsströmumg im Laufrad 2 erzeugt werden, .die

  la>urfend durch den Ringschlitz 4 So viel Schwer-

  flüssigkeit in das. Drehfeld b fördert, als -durch Aus-

  waschen mit dem zentralen. Transportflüss:igkeits-

  strom abgeht. Eilre andere Möglichkeit besteht

  darin; Schwerstoff mit dem Transportflüssigkeits-

  strom zentral, also von innen in -das Schwerflüssig-

  keitsdreMeld b zu führen. Hierbei genügen schon

  geringe Mengen, die die Wichte der Transport-

  flüssigkeit nur unwesentlich erhöhen und die infolge der geringen Viskosität der Transportflüssigkeit sofort und vollständig aus dem spezifisch leichteren zentralen Flüssigkeitsdrehfeld ,a in das Schwerflüssigkeitsdrehfeld b geschleudert werden. Bei genügend hohem Anteil des Aufgabegutes an Sinkgut ergibt sich durch Verdrängenvirkung des das Schwerflüssigkeitsdrehfeld durchsetzenden Sinkgutes weitgehend sein selbsttätiger Ersatz der durch Auswaschung ,aus dem Drehfeld ausgespülten Schwerflüssigkeit.
• Dias Aufgabegut wird dem durch das zentrale Zuführrohr 9 strömenden. Transportflüssigk:eitsstrom zugesetzt und tritt zentral in das spezifisch leichtere Flüssigkeitsdrehfeld,a .aus. Da die Gutsb.estandteile bereits in dem umlaufenden Zuführrohr 9 die Drehung des Feldes a ,angenommen haben, werden sie, und zwar die leichten und die schweren Teile, heftig mit zunehmender Geschwindigkeit ;durch .das leichtere Feld a nach außen in das umgebende Schwerflüssigkeits-drehfeld b geschleudert. Die starke radiale Rau@menveiterung des Feldes .a bedingt dabei ein starkes Auflockern der Gutsb.estandteile, so daß dieselben ohne gegenseitige Behinderung ihre Flugbahn verfolgen können. Beim Auftreffen auf die Grenzfläche x des Schwerflüssigkeitsdrehfeldes b werden alle Gutshestandteile aufgefangen, deren Wichte geringer- als die Schiverflüssigkeitswichte ist, während die schweren Bestandteile durch das Schwerflüssigkeitsfeld hindurch bis in den Behälter r fliegen, aus dem sie mit dem den Behälter durchsetzenden Schwerflüssigkeitskreislauf laufend ausgetragen: werden. Die leichten Bestandteile schwimmen, vorn der Transportwasserströmung getrieben, auf der Grenzflächex des Schwerflüssigkeitsringes nach oben und verlassen das Laufrad mit dem Transportwasserstrom durch die Hohlwelle 1o, die Fangkammer r q. und den Austrittsstutzen 15. Diese Vorgänge sind in der Abb. r auf .der linken Seite des Laufrades verdeutlicht, in der die schwarzen Körper das Schwimmgut und .die hellen das 'Sinkgut darstellen. Der Trennvorgang vollzieht sich im Laufrad im Gleichstrom, denn Schwimm- und Sinkgut bewegen sich radial oder spiralförmig nach außen. Auf diesem gemeinsamen Weg wird das Schivmmgu,t im Schvverflüssigkeitsrlng aufgefangen, während das Sinkgut seine Bewegungsrichtung durch das Schwerflüss@igketsdrehfelda beibehält. Es tritt somit keine gegenseitige Behinderung der leichten und schweren Partikel während des Trennvorganges ein. Die Schwimmgutschicht, die zum Teil in den Wasserkerns hineinragt, bietet :einen natürlichen Schutz für den Schwerflüssigkeitsring b gegen Auswaschungen. Die Transportwasserströrnungwälzt die in den Wasserk ern-a hineinragenden Partikel der Schwimmgutschicht während ihres Transportes nach oben ständig um und hält auf diese Weise sämtliche Partikel der Schicht in ständiger gegenseitiger Bewegung. Dadurch vermögen kleine Bergeteilchen, die letw a, noch in der Schwimmgutschicht eingeschlossen sind, leicht sich einen Weg in das Schwerflüss@gk ,eitsfeld zu bahnen. Diese Eigenschaft des Verfahrens in Verbindung mit der ;erörterten Gleichstrorntrennung hat eine sehr hohe Trennschärfe zur Folge.
• Die Verwendung von Schwerstoffsuspensionen verlangt eine besondere Formgebung des Schwerflüssgkeitsdrehfeldes b und damit des Laufrades 2. Die Schwerstoffpartikel der Suspension unterliegen im Schwerflüssigkei.tsdrehfeld b den Zentrifugalkräften. Ohne besondere Maßnahmen würde .der Schwerstoff aus dem Feld b herausz;entrifugiert werden, so daß im Felde b schließlich ;nur Wasser zurückbleibt. Damit wäre ,aber die Trennung des Aufgabegutes unmöglich gemacht. Umdias Schwerflüssigkeitsdrehfeld b aufrechtzuerhalten, kann, wie bereits ausgeführt, entweder Ersatzschwerstoff mit dem Transportflüssigkeitsstrom zentral in das Feld b geführt werden, oder @es kann durch leichten überdruck im Behälter r von außen durch den Ringschlitz q. Schwerflüssigkeit in das Laufrad hineingedrückt werden. Die zuletzt genannte Möglichkeit ist am einfachsten, Die dabei das Drehfeld b vorn außen nach innen durchsetzende Einwärtsströmung übt auf die Schwerstoffpartikel einen 'Strömungsschub aus, dem die Zentrifugalkraft ;entgegengerichtet ist. ist. Da die Zentrifugalkraft vom nach. außen zunimmt, muß, um stabile Verhältnisse zu schaffen, der entgegengesetzte Strömumgsschub von außen nach innen. abnehmen. Dementsprechend muß sich der über dem Umfang gemessene Laufradquerschnitt d # as # h im Bereich des Schwerflüssigkeitsdrehfeldes b ;nach -dem Laufradinnern hin, also mit abnehmendem Durchmesser, vergrößern. Unter dieser Voraussetzung findet jede Korngröße des Schwerstoffes im Drehfeld beine Zone, in der sie ihre Gleichgewichtsbedingungen ra;ntrifft. Die gröbste Schwerstoffkörnung wird sich dabei am weitesten außen und die feinste am weitesten innen .anreichern. Die Einwärtsströmung wird dabei so klein bemessen, daß das feinste Schwerstoffkorn gerade nicht mehr in den Transportflüssigkeitsstrom getragen wird. Auf diese Weise kann die tatsächlich in den Transportflüssigkeitsstro;m gelangende Schwerstoffmen;ge sehr klein gehalten werden, so daß der austretende Schwimmgutstrom praktisch frei von Schwerstoff ist. Bei den feinen Schwerstoffkörnungen von o,o2 bis o,o8 mm genügt eine so geringe Einwärtsströmumg, daß der statische Charakter des Schwerflüssigkeitsd-rehfeldes b praktisch erhalten bleibt.
• Ein Kleinstwert der Einwärts;strömung ist erzielbar, wenn der Schwerstoffsuspension feinste Bergeschlämme oder Beschwerstoffe zugesetzt werden, welche die Viskosität der Suspension ;erhöhen. Eine Viskositätssteigerung ist wegen. der hohen trennenden Fliehkräfte auf die Trennung des Aufgabegubes praktisch ,ohne Einfluß. Sie bremst aber die Auswärtsbewegung der feinen Schwerstoffkörnchen stark ab, so da.ß diese schon bei sehr geringer Einwärtsströmung im Gleichgewicht und damit im Schwebezustand bleiben.
• Das Ausführungsbeispiel nach Ably. 2 und g zeigt ein beidseitig gelagertes Laufrad 2, bei dem der Transportflüssigkeitsstrom :durch den hohlen Achsschenkel 25 in das Laufrad eintritt, durch die Stau- Scheibe 6 zum Flüssigkeitsdrehfield lei angestaut wird und das Laufrad durch den hohlen Achsschenkel 26 wieder verläßt. Der das Laufrad umgebende Behälter i weist im Bereich des Ringschlitzes q. leinen ringförmigen Fangraum 2q. für .das aus dem Laufrad bzw. dem Schwerflüssigkeitsdrehfield b austretende Simkgut auf. In diesen Fangraum münden tangent'al ein Eintritts- und ein Austrittsstutzen 27, 28 für den in Abb. i dargestellten SchwerflüssigkeItskreislauf, der das Sinkgut laufend abführt. Bei großen Laufradhöhen,entsprechend hohen Durchsatzleistungen, ist im Laufradinnern im Bereich des Schwerflüssigkeitsdrehfeldes b ein Verdrängerring 29 von keilförmigem Querschnitt vorgesiehen, der die Größe der mit Bezug auf Abb. -erörterten Querschnittserweiterung des Schwerflüssigkeitsdrehfeldes b nach innen und damit die Verminderung der Einwärtsströmung im Feld b bestimmt. Der Verdrängerring ist mittels Speichen 30 an der Stauscheibe 6 befestigt und kann gegen Ringe von anderem Querschnitt ausgewechselt werden, um das Laufrad hinsichtlich der Einwärtsströmung möglichst genau auf .die vorliegenden Verhältnisse abzustimmen. Der Verdrängerring 29t erlaubt biet verhältnismIßig hohem Laufrädern verhältnismäßig kleine Außendurchmesser derselben. Das Laufrad nach Abb. 2 kann sowohl mit waagerechter als auch mit senkrechter Drehachse umlaufen.
• Um besonders bei großen Laufrädern Störungen des zentralen Flüssigkeitsdrehfieldes .a durch den eintretenden Transportflüssigkeitsstrom zu vermeiden, insbesondere um zu verhindern, daß das zentrale Drehfeld durch das Beschleunigen des Transportflüssigkeitsstromes in Drehrichtung des Laufrades abgebremst -wird, sind im Bereich des zentralen Flüssigkeits@drehfeldes a Treibschaufeln 3I (Abb.2 und 3) vorgesiehen, die ,sich vorzugsweise zwischen der Stauscheibe 6 und den das Laufrad bildenden Blocken- bzw. tellerförmigen Hohlkörpern 32, 33, also über die gesamte Höhe des Laufrades erstrecken. Die Schaufeln können radial verlaufen. Es hat sich jedoch bei Versuchen gezeigt, daß in Umfangsrichtung ;gekrümmte Schaufeln, die den eintretendem. Tüansportflüssigkeitsstrom stoßfrei in Umfangsrichtung umlenken, bessere Ergebnisse erzielen lassen. Dabei spielt @es keine Rolle, ob die Schaufeln in Drehrichtung, also vorwärts, oder entgegengesetzt dazu, also rückwärts, gekrümmt sind.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Aufbereiten von Stoffgemischen aus Bestandteilen verschiedener Wichte, insbesondere feinkörnigen Mineralien aller Art, wie Erze und Steinkohle, in 'Schwerflüssigkeit mit Hilfe der Zentrifugalkraft, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb reines geschlossenem. oder unter Druck stehenden, mit Schwerflüssigkeit gefüllten Behälters (i) ein ringförmiges, statisches (strömungsfreies) S@cbwer-$üssigkeitsdrehfeld (b) aufrechterhalten wird, .das nur an seinem Umfang mit dem Behälter in Verbindung steht und unmittelbar lein. zentrales Flüssigkeitsdrehfeld (a) vom. geringerem spezifischem Gewicht :als das Aufgabegut, z. B. aus Wasser, umschließt, das vorzugsweise durch Aufstauen des in Richtung der Drehachse zentral durch das Schwerflüssigkeitsdrehfeld geführten Transportflüssigkeitsstromes gebildet wird, dessen Wichte kleiner als die des Aufgabegutes ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch geringen Überdruck im Behälter (i) eine leichte Einwärtsströmung im Drehfeld (b) ;aufrechterhalten wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Einwärts:strömung im Bereiche des Dmchfeldes (b) abnimmt. q.
4. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem zentralen Transportflüssigkeitsstrom kleine Beschwerstoffmengen zu- gesetzt werden.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen i bis q, dadurch gekennzeichnet, -daß bei der Anwendung von Schwerstoffsuspensionen durch Zusatz feinster Bergeschlämme @od. dgl. Mittel die Viskosität der Suspension erhöht wird.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen i bis 5, gekennzeichnet durch einen geschlossenen, mit Schwerflüssigkeit gefüllten Behälter (i), der in leinen durch eine Pumpe (20) aufrechterhaltenen und durch Drosselventile (2 i, 22) geregelten Schwerflüssigkeitskreislauf eingeschaltet ist und in dem ein hohles Laufrad (2) umläuft, dessen Hohlraum nur am Umfang über den Ringschlitz (¢) mit dem Behälter im: Verbindung steht und .durch eine zentrale Stauscheibe (6) in einen: Zuflußraum (7) und leinten Abflußiraum (8) für den zentralen Transportflüssigkeitsstrom unterteilt ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß - sich der übler .dem Umfang gemessene Laufradquerschnitt im Bereich des Schwerflüssigkeitsdrehfeldes (b) nach dem Laufradinnern hin vergrößert. B.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Laufradnniern ein vorzugsweise auswechselharer Verdrä:egerring (29) vom. keilförmigem Querschnitt ange-,ordnet ist.
9. 9. Vorrichtung nach -den Ansprüchen 6 bis 8, ,dadurch gekennzeichnet, da. im Bereich des zentralen Flüssigkextsdnehfeldes (a) Treibschaufeln (3 i) angeordnet sind, ,die sich vorzugsweise über die gesamte Höhe des Laufrades erstrecket i o. Vorrichtung mach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, da:ß die Treibsehaußeln (3 i ) zum Zweck des stoßfrelen Umlenkers des eintretenden T=sportflüssigkeitsstromes in Umfangsrichtung gekrümmt sind. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 85q.033.