EP2766123B1 - Verfahren zur fragmentierung und/oder vorschwächung von material mittels hochspannungsentladungen - Google Patents

Verfahren zur fragmentierung und/oder vorschwächung von material mittels hochspannungsentladungen Download PDF

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EP2766123B1
EP2766123B1 EP11773167.9A EP11773167A EP2766123B1 EP 2766123 B1 EP2766123 B1 EP 2766123B1 EP 11773167 A EP11773167 A EP 11773167A EP 2766123 B1 EP2766123 B1 EP 2766123B1
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EP
European Patent Office
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liquid
feeding
process liquid
rinsing
process area
Prior art date
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Helena AHLQVIST JEANNERET
Reinhard MÜLLER-SIEBERT
Heiko FEITKENHAUER
Alexander WEH
Fabrice Monti Di Sopra
Peter HOPPÉ
Josef Singer
Harald Giese
Klaus Leber
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Selfrag AG
Original Assignee
Selfrag AG
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    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/18—Use of auxiliary physical effects, e.g. ultrasonics, irradiation, for disintegrating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B02C23/00—Auxiliary methods or auxiliary devices or accessories specially adapted for crushing or disintegrating not provided for in preceding groups or not specially adapted to apparatus covered by a single preceding group
    • B02C23/06—Selection or use of additives to aid disintegrating
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    • B02C23/22—Adding fluid, other than for crushing or disintegrating by fluid energy after crushing or disintegrating with recirculation of material to crushing or disintegrating zone
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    • B02C19/18—Use of auxiliary physical effects, e.g. ultrasonics, irradiation, for disintegrating
    • B02C2019/183—Crushing by discharge of high electrical energy

Definitions

  • the invention relates to methods for fragmentation and / or pre-attenuation of material by means of high-voltage discharges, a high-voltage electrode for a process space for performing the method, a process space with such a high-voltage electrode for performing the method, a process container forming such a process space and a system for fragmentation and / or Pre-weakening of material by means of high-voltage discharges with such a process container according to the preambles of the independent claims.
  • the material to be comminuted or prewashed together with a process fluid for example water
  • a process fluid for example water
  • a first aspect of the invention relates to a method for fragmentation and / or weakening of material, preferably of rock material or ore, by means of high-voltage discharges.
  • Fragmentation is a crushing of the material understood
  • a weakening also referred to as pre-weakening
  • the material to be fragmented or weakened is introduced together with a process fluid into a process space in which two electrodes face one another at a distance and thus form a high-voltage discharge path within the process space between them.
  • the material to be fragmented or weakened and the process fluid are arranged in the process space such that the area between the two electrodes is filled with material and process fluid to be fragmented or weakened.
  • High-voltage discharges are generated between the two electrodes in order to fragment and / or weaken the material introduced into the process space.
  • process fluid is removed from the process space and process fluid is supplied into the process space, wherein the supplied process fluid has a lower electrical conductivity than the discharged process fluid.
  • the conductivity of the supplied process liquid is in the range between 0.2 micro Siemens per cm and 5000 micro Siemens per cm.
  • the electrical conductivity of the process liquid located in the process space the electrical conductivity of the process liquid discharged from the process space and / or the discharge resistance determined between the two electrodes and depending on the determined values, the supply of process fluid into the process space and / or, where appropriate, the conditioning of the process liquid changed, preferably regulated.
  • the electrical conductivity of the process liquid located in the process space the electrical conductivity of the process liquid discharged from the process space and / or the discharge resistance determined between the two electrodes and depending on the determined values, the supply of process fluid into the process space and / or, where appropriate, the conditioning of the process liquid changed, preferably regulated.
  • the removal and supply of the process liquid takes place simultaneously, since this allows the formation of a purge flow, with which specific specific areas of the process space can be detected.
  • the supplied and removed process liquid volumes are substantially identical, which is likewise preferred, it is thereby possible to prevent or at least keep within narrow limits a fluctuation of the process liquid level in the process space, which is particularly desirable for continuous processes.
  • the supply and removal of process liquid can take place continuously or at intervals, depending on the process control.
  • a simultaneous continuous supply and removal of process liquid has the advantage that a continuous purge flow is possible with quasi-stationary conductivity conditions in the process space zone detected by the purge flow. If the simultaneous supply and removal of process liquid takes place at intervals, it is possible to achieve a good rinsing of certain zones of the process space even with small exchange quantities due to short-term intensive flow.
  • the discharged process liquid is subjected to a conditioning process in which its electrical conductivity is reduced. Then it is completely or partially returned to the process room. This makes it possible to use all or some of the process fluid discharged from the process space again as the process fluid for the fragmentation or Vorschwumbleungslui in the process room.
  • the conditioning of the process liquid is preferably carried out by withdrawing ions, by diluting with process liquid of lower conductivity, by removing fine material, by changing the pH of the process liquid and / or by adding complexing agents.
  • the process space for forming a process fluid circuit is connected to the inlet and outlet of a process fluid treatment system for reducing the electrical conductivity of the process fluid and process fluid is circulated in this circuit.
  • process fluid is removed from the process space at a first location of the process space and fed to the process fluid treatment plant.
  • it is then reduced in its electrical conductivity, for example by means of the aforementioned measures, and then completely or partially returned to the process space at a second location of the process space.
  • Such methods have the advantage that the consumption of process fluid can be kept very low and it is also possible to keep the amounts of waste, which must be disposed of very low.
  • the supply of process liquid into the process space is effected in such a way that a targeted introduction of the process liquid into the reaction zone between the two electrodes results.
  • the reaction zone is understood to be the zone of the process space in which the high-voltage discharges typically take place. This makes it possible to significantly influence the Fragment réelles- or weakening process even with small amounts of supplied process fluid. Often, the process fluid quality in the other zones of the process space is unimportant for the process or of secondary importance, so that an intensive rinsing of the same would not benefit and would only increase the plant's technical complexity.
  • the supply and removal of process liquid takes place in such a way that the supplied process fluid flows through the reaction zone between the two electrodes, in particular from top to bottom or from bottom to top or in a direction radially outward from the center of the reaction zone.
  • Such a flow characteristic has the advantage that old process fluid and fine particles contained therein are flushed out of the reaction zone and substantially freshly supplied process fluid is present in the reaction zone.
  • the supply of process liquid into the process space via one of the electrodes or via both electrodes is possible to dispense with separate feed arrangements.
  • a feed of process fluid takes place via one or more feed openings arranged on the end side of the respective electrode, specifically advantageously via a central feed opening and / or via a plurality of feed openings arranged concentrically around the electrode center.
  • one or two electrodes surrounded by an insulator are used.
  • the supply of process liquid via the insulator of one or both electrodes is possible, so that the actual high-voltage electrode, which is to be regarded as consumable, can be designed structurally simple and therefore cost.
  • the supply of process fluid via one or more end faces arranged on the respective insulator supply openings preferably over a plurality of concentrically arranged around the electrode center feed openings on the respective insulator, since a uniform supply into the reaction zone is possible.
  • the supply of process liquid takes place via an arrangement of inflow nozzles or via an annular gap which or which concentrically surrounds the respective electrode or its insulator.
  • a process space in which the two electrodes are arranged one above the other in the direction of gravity and in which the lower electrode is formed at the bottom of the process space.
  • Such process spaces have proven to be particularly suitable, since with appropriate design a gravity-induced promotion of the fragmented or weakened material in the reaction zone and a gravity-induced discharge of the fragmented or vorumblechten material from this and from the process space is possible and thus to separate Subsidies can be waived for this purpose.
  • the supply of process fluid and / or the discharge of process fluid via one or more discharge openings at the bottom of the process space.
  • This has the advantage that a flushing flow can be generated in the region of the bottom, with which fine particles settling there can be discharged from the process space. This also makes it possible to remove all the process liquid in the process space by gravity feed from the process space.
  • a process space in which the two electrodes are arranged side by side in the direction of gravity, wherein preferably both electrodes have an insulator and a potential not equal to the ground potential is applied.
  • both electrodes have an insulator and a potential not equal to the ground potential is applied.
  • different openings are used for discharging the process liquid from the process space and for removing the fractionated or weakened material from the process space. This results in greater freedom with respect to the design of the process space and the possible generation of a purge flow in certain areas of the same.
  • the fragmented or weakened material is removed via a, in particular central opening or via a plurality of removal openings at the bottom of the process space. This has the advantage that the removal can be done gravitationally, without additional funding.
  • the material to be fragmented or weakened is fed continuously or batchwise to the process space and continuously or batchwise removed fragmented or weakened material from the process space. So it is e.g. provided to supply the material to be fragmented or weakened batchwise and continuously dissipate the fragmented or weakened material, or vice versa. It is also provided, of course, to carry out both the feeding and the discharging continuously (pure continuous operation) or to carry out both batchwise (pure batch operation). Depending on the system configuration and the material to be treated, one or the other variant may be more advantageous.
  • a second aspect of the invention relates to a method, preferably according to the first aspect of the invention, for the fragmentation and / or weakening of material, preferably of rock material or ore, by means of high-voltage discharges.
  • a fragmentation is understood to mean a comminution of the material under a weakening (also referred to as a pre-weakening) is meant a generation of internal cracks in the material, which facilitates a further, in particular mechanical comminution of the material.
  • the material to be fragmented or weakened is introduced together with a process fluid into a process space in which two electrodes face one another at a distance and thus form a high-voltage discharge path within the process space between them.
  • the material to be fragmented or weakened and the process liquid are arranged in the process space such that the region between the two electrodes is filled with material and process liquid to be fragmented or weakened. High-voltage discharges are generated between the two electrodes in order to fragment and / or weaken the material introduced into the process space.
  • material which is to be fragmented or weakened is introduced into the process space continuously or batchwise and material is removed from the process space continuously or batchwise, at least part of the material discharged from the process space being reintroduced into the process space after a further process step outside the process space
  • Process space has undergone, which includes flushing the re-introduced into the process space material with a first rinse liquid, preferably with a first rinse liquid having a lower conductivity than the process liquid located in the process space.
  • rinsing is here a contacting of the material with the first rinse liquid in the widest Understood meaning.
  • the material is placed in a basin filled with the first rinsing liquid or that the material is rinsed off with the first rinsing liquid.
  • the electrical conductivity of the first rinsing liquid used for rinsing is determined and then the feed of the rinsing liquid used for rinsing and / or, where appropriate, the conditioning of the first rinsing liquid is changed, and this is controlled in advance. In this way, a stable process management can be automated.
  • the further process step comprises rinsing the material to be reintroduced into the process space with a first rinsing liquid, preferably with a first rinsing liquid having a lower conductivity than the process liquid located in the process space, pass between the end of the rinsing of the Material with the first rinse and the subsequent re-introduction of the material into the process space or, more preferably, the loading of the material with high-voltage discharges in the process space less than 5 minutes, preferably less than 3 minutes.
  • the first rinsing liquid used for rinsing has a similar, preferably identical, nature to that introduced into the process space
  • Process fluid results in materials that outsource in contact with the liquid ions in the liquid
  • the advantage that the ionization of the process liquid in the process space can be significantly reduced thereby, with the result that a better fragmentation or weakening efficiency can be achieved can.
  • the first rinsing liquid used for rinsing is circulated in a circuit and continuously or temporarily by the withdrawal of ions, by dilution with rinsing liquid of lower conductivity, by withdrawal of fine material, by changing their pH and / or conditioned by addition of complexing agents.
  • the material removed from the process space preferably by sieving, is divided into coarse material and fine material.
  • the coarse material is returned to the process room after it has passed through the further process step outside the process area.
  • the discharge of the target material fragmented material and of the circulated material can be combined and thereby simplified.
  • the dividing into coarse material and fine material takes place before the further process step is carried out. This results in the advantage that only the material to be returned to the process space passes through the further process step.
  • the amount of coarse material obtained by the division into coarse material and fine material is greater than the amount of fine material obtained, that is, the recirculated amount of material is greater than the amount comminuted to target size.
  • the further process step rinsing the material to be re-introduced into the process space comprising a rinsing liquid, which is similar, preferably identical to the process liquid introduced into the process space, and materials are treated, which in contact with the process liquid ions in this outsource, this results in the advantage that the Ionenbefrachtung the process liquid in the process room even further can be reduced because it is possible to supply the process space more "washed" recirculation material in a continuous process as "unwashed” new material.
  • a third aspect of the invention relates to a method, preferably according to the first or the second aspect of the invention, for the fragmentation and / or weakening of material, preferably of rock material or ore, by means of high-voltage discharges.
  • a fragmentation is understood to mean a comminution of the material
  • a weakening also referred to as a pre-weakening
  • the material to be fragmented or weakened is introduced together with a process fluid into a process space in which two electrodes face one another at a distance and thus form a high-voltage discharge path within the process space between them.
  • the material to be fragmented or weakened and the process liquid are arranged in the process space such that the region between the two electrodes is filled with material and process liquid to be fragmented or weakened. High-voltage discharges are generated between the two electrodes in order to fragment and / or weaken the material introduced into the process space.
  • the material introduced into the process space is previously rinsed with a second rinsing liquid for fragmentation or pre-weakening, preferably with a second rinsing liquid with a lower conductivity than the process liquid located during fragmentation or weakening in the process space.
  • the second rinsing liquid is similar, preferably identical to the process liquid introduced into the process space, which is preferred, and that materials are treated which in contact with the liquid ions outsource into this liquid, which can significantly improve energy efficiency and can prevent a problematic materials from changing from an electrodynamic action to an electro-hydraulic action or at least slow it down.
  • the electrical conductivity of the second rinsing liquid used for rinsing is determined and, depending on the determined values, the supply of the second rinsing liquid used for rinsing and / or, where applicable, the conditioning of the second rinsing liquid is changed, preferably regulated. In this way, a stable process management can be automated.
  • the rinsing with the second rinsing liquid takes place within the process space, in another outside the process space.
  • rinsing is meant here a contacting of the material with the second rinsing liquid in the broadest sense.
  • the material is placed in a tank filled with the second rinsing liquid before it is introduced into the process space or that the material is rinsed off with the second rinsing liquid.
  • combinations are provided as well as a multiple insertion, flooding and / or rinsing, eg also at intervals between exposure to the material with high voltage discharges.
  • the result for materials which migrate ions into the liquid in contact with the liquid is that the ionizing of the process liquid in the This process space can be reduced even further, since a re-concentration of ions on the material surface can be substantially prevented with the result that an even better fragmentation or weakening efficiency can be achieved.
  • the second rinsing liquid used for rinsing is circulated in a circuit and continuously or temporarily by the withdrawal of ions, by dilution with rinsing liquid of lower conductivity, by withdrawal of fine material, by changing their pH and / or by Add complexing agents conditioned.
  • These individual measures for conditioning are familiar to the person skilled in the art and therefore need not be explained further here. This results in the advantage that the consumption of second rinsing liquid can be kept very low and it is also possible to keep the amounts of waste, which must be disposed of low.
  • water is used as process liquid in the processes according to the first, second and third aspects of the invention. This is inexpensive and has proven in practice to be very suitable for such methods.
  • a noble metal or semiprecious metal ore is used, preferably a copper ore or a copper / gold alloy. Ore. With such materials, the advantages of the invention are particularly evident.
  • a fourth aspect of the invention relates to a high-voltage electrode for a process space for carrying out one of the methods according to the first, second or third aspect of the invention.
  • the high-voltage electrode comprises an insulator body with a central conductor, preferably made of metal, in particular copper, a copper alloy or a stainless steel, at the working end, which protrudes axially from the insulator body, an electrode tip is arranged, which advantageously has the form of a spherical cap or a paraboloid of revolution.
  • the central conductor and / or the insulator have one or more supply openings for supplying process liquid into the process space to be formed with this high-voltage electrode, which open into one or more supply channels in the high-voltage electrode, via which these supply openings extend from a location remote from the working end , Preferably from the non-working end of the high voltage electrode ago, with process fluid, preferably water, can be fed.
  • process fluid preferably water
  • Such a high-voltage electrode has the advantage that it can be dispensed with by their use to separate supply arrangements for process liquid and that virtually inevitably a supply of the process liquid in the region of the reaction zone of the process space is carried out, which is desirable.
  • the insulator body is surrounded by a further component which, as such or together with the insulator body, forms an end-side annular gap.
  • the latter can be supplied with process liquid, preferably water, from a location remote from the working end, preferably from the non-working end of the high-voltage electrode.
  • the central conductor has at its working end one or more front-side feed openings for supplying process liquid into the process space, preferably a central feed opening and / or a plurality of feed openings arranged concentrically around the electrode center.
  • the central conductor has at its working end one or more arranged on its circumference feed openings, which are advantageously evenly distributed on its circumference. As a result, a somewhat more diffuse supply of the process liquid into the reaction zone is possible.
  • one or the other variant or else a combination thereof may be more advantageous.
  • the central conductor in the region of its Häend Schollen outlet from the insulator body on its outer circumference on a circumferential radial bead, which serves as a field relief. It is further preferred that the end face of this bead has feed openings.
  • the central conductor for supplying the process fluid to the supply openings has a central supply channel, which is preferred, there is the advantage that a simple low-cost construction of the high-voltage electrode becomes possible.
  • a further advantage is that a central longitudinal bore in a high-voltage electrode has the least influence on its current conductivity during normal operation.
  • the insulator body of the high-voltage electrode prefferably has one or more feed openings on its end face, preferably a plurality of feed openings arranged concentrically around the electrode center, or for the insulator body to be surrounded by a further component which forms an arrangement of inflow nozzles ,
  • these feed openings and / or nozzles from a working end remote location, preferably from the non-working end of the high voltage electrode ago, with process liquid, preferably water, are fed.
  • process liquid preferably water
  • a fifth aspect of the invention relates to a process space with a high-voltage electrode according to the fourth aspect of the invention for carrying out a method according to the first, second or third aspect of the invention.
  • a sixth aspect of the invention relates to a process container which forms a preferably closed process chamber according to the fifth aspect of the invention.
  • a seventh aspect of the invention relates to a plant for the fragmentation and / or weakening of material, preferably of rock material or ore, by means of high-voltage discharges.
  • the plant comprises a process vessel according to the sixth aspect of the invention and a high voltage pulse generator for applying high voltage pulses to the high voltage electrode according to the fourth aspect of the invention for generating high voltage discharges in the process space formed by the process vessel.
  • Fig. 1 shows the lower part of a first process container in vertical section during the implementation of a method according to the invention.
  • the process container forms a closed process space 2, at the bottom of which an electrode 4 is arranged which is at ground potential.
  • the process space 2 is filled to about half (see liquid level S) with a process liquid 5, in the present case with water.
  • the funnel-shaped bottom of the process space 2 is covered with a bed of material to be fragmented 1, in this case rock pieces. From above, a rod-shaped high-voltage electrode 3 projects into the process space 2.
  • the part of the high voltage electrode 3 visible here is formed by an insulator body 8 with a central conductor 14, at the working end, which protrudes axially from the insulator body 8, a rod-shaped electrode tip 15 is arranged.
  • the central conductor 14 or the electrode end 15 forming its working end has, in the region directly adjacent to the end face of the insulator body 8 on the working end side, a circumferential, radial bead 16 on its outer circumference, which serves as field relief.
  • the electrode tip 15 and the bead 16 are formed together as a one-piece replaceable part made of stainless steel, which is screwed with an internal thread 19, which is formed at the end of an expansion sleeve 20 on an external thread 21 of a central conductor 14 extending tie rod 22, such that the the insulator body 8 facing end face of the bead 16 bears under pressure bias on the working end side end face of the central conductor 14.
  • the high-voltage electrode 3 dips with its electrode tip 15 into the bed of rock pieces 1 located at the bottom of the process space 2 such that a space (reaction zone) remains between the end face of the electrode tip 15 of the high-voltage electrode 3 and the end face of the bottom electrode 4, which remains with pieces of rock 1 and process liquid 5 is filled.
  • the bead 16 At its end facing away from the insulator body 8, the bead 16 a plurality of uniform angular pitch around the electrode center around arranged supply openings 6 for process liquid 5, which via a running in the center of Switzerlandankers 22 and through the expansion sleeve 20 central supply channel 7 from the non-working end of High voltage electrode 3 ago continuously supplied with process fluid 5 (see arrows).
  • process fluid 5 see arrows.
  • fresh process fluid is continuously introduced into the reaction zone R in which the high-voltage electrode 3 is acted upon With high voltage pulses high voltage discharges between the bottom electrode 4 and the high voltage electrode 3 are generated, fed and thereby old process liquid 5 and fine particles from the reaction zone R displaces.
  • the same amount of process liquid is discharged via radial discharge openings 12 above the reaction zone R from the process chamber 2 (see arrows) and a process liquid treatment plant (not shown) fed, in which the particle load is removed and the electrical conductivity of the process liquid 5 is reduced.
  • the thus processed process liquid 5 is returned via the supply openings 6 in the high voltage electrode 3 in the process chamber 2.
  • a process fluid circuit is formed here, with which the reaction zone is rinsed continuously with treated process fluid 5.
  • Fig. 3 shows a vertical section through the working end of a second high-voltage electrode 3, which differs from the in Fig. 2 merely differs in that the supply openings 6 for the process liquid 5 are not arranged on the front side of the bead 16, but on the circumference of the rod-shaped electrode tip 15.
  • Fig. 4 shows a vertical section through the working end of a third high-voltage electrode 3, which differs from the in Fig. 2 shown differs in that not several feed openings 6 are arranged for the process liquid 5 at the end face of the bead 16, but only a central feed opening 6 at the end face of the rod-shaped electrode tip 15th
  • Fig. 5 shows a vertical section through the working end of a fourth high-voltage electrode 3, which differs from the in the Figures 2 . 3 and 4 shown high voltage electrodes 3 basically once distinguished by the fact that the feed openings 6 not are formed by the central conductor 14 and the electrode tip 15, but from the insulator body 8, at the working-side end face several feed channels 7 to form the feed openings 6 exit.
  • the central conductor 14 is formed in the present case as a solid metal rod and forms in the region of his Schwarzeauen outlet from the insulator body 8 at its outer periphery a circumferential, radial bead 16, which also serves as a field relief.
  • the electrode tip 15 is again formed as a removable part, but here in the form of a Dehnschaftbolzens 23 which is screwed with an end-side male thread 21 in an internal thread 19 in the central conductor 14 and by means of a screwed onto the electrode tip 15 forming end nut 24 under compressive bias on the Front side of the central conductor 14 is present.
  • Fig. 6 shows a vertical section through the working end of a fifth, inventive high voltage electrode 3, which differs from the in Fig. 5 differs characterized in that the insulator body 8 of the electrode 3 is surrounded by a sleeve-shaped member 17 which covers a part of his end face end face and forms together with the insulator body 8 an end annular gap 10, which from the non-working end of the high voltage electrode 3 via the supply channels 7 can be fed with process fluid.
  • the electrode tip 15 is formed by a cap nut 25, which is fastened by means of a screwed into this Dehnschaftbolzens 23 in a threaded blind hole in the end face of the central conductor 14 and under pressure prestress against this end face of the central conductor 14.
  • a cap nut 25 which is fastened by means of a screwed into this Dehnschaftbolzens 23 in a threaded blind hole in the end face of the central conductor 14 and under pressure prestress against this end face of the central conductor 14.
  • Fig. 7 shows the lower part of a second process container in vertical section.
  • the process container shown here differs from the one in Fig. 1 shown process container only in that for supplying the process liquid is not a high voltage electrode with feed openings, but an array of Zuströmdüsen 9, which are uniformly distributed above the reaction zone R on the boundary walls of the process container and in normal operation each directed to the bottom electrode 4 Create process liquid jet (see arrows).
  • the removal of the process liquid takes place during normal operation as in the process container Fig. 1 via radial discharge openings 12 above the reaction zone R (see arrows).
  • Fig. 8 shows the lower part of a third process container in vertical section.
  • the supply of process liquid takes place via supply openings (not shown) from above.
  • the bottom electrode 4 is supported by a sieve bottom 26, via which process liquid is conducted to the actual process container bottom 27 during normal operation and discharged via a central discharge opening 12.
  • the high voltage electrode 3 is substantially identical to that of the process container in FIG Fig. 7 ,
  • Fig. 9 shows a fourth process container in vertical section.
  • the process container forms an upwardly open process space 2, at whose funnel-shaped base a bottom electrode 4 is arranged, which has a central discharge bore 13 for material comminuted to target size.
  • a rod-shaped high-voltage electrode 3 projects from above into the process space 2, which consists of an insulator body 8 with a central conductor 14, at the working end of which projects axially out of the insulator body 8, a rod-shaped electrode tip 15 is arranged.
  • the central conductor 14 or the electrode end 15 forming its working end has, in the region directly adjacent to the end face of the insulator body 8 at the working end, a circumferential, radial bead 16 on its outer circumference, which serves as a field relief.
  • the bottom of the process container has a nozzle 11 for supplying process liquid, by means of which a process liquid stream directed towards the reaction zone is produced during normal operation (see arrow).
  • the bottom of the process container has a discharge opening 12 for process liquid (see arrow).
  • Fig. 10 shows a fifth process container in vertical section, which differs from the in Fig. 9 shown process container only differs in that for supplying the process liquid not a floor nozzle is present, but a high voltage electrode 3 with feed openings 6 (see arrows).
  • This high voltage electrode 3 is identical to that in FIGS FIGS. 1 and 2 shown high voltage electrode.
  • Fig. 11 shows a highly schematic vertical section through a process chamber 2 with two separate reaction zones R a plant for the weakening of ores.
  • a vibrating screen deck 28 is arranged, which has two electrode surfaces 4, which are grounded.
  • a rod-shaped high-voltage electrode 3 is arranged in each case with a vertical distance, which in the structure similar to that in the FIGS. 7 and 8th is shown.
  • the process room 2 is filled to half its height with a process liquid 5 (see liquid level S)
  • reaction zone R the region in which the high-voltage discharges take place (reaction zone R) is charged via flushing nozzles 18 with process fluid 5 (see arrows).
  • process fluid 5 the region in which the high-voltage discharges take place
  • the same amount of process liquid 5 is discharged at the bottom of the process chamber 2 via a discharge opening 12 (see arrows) and a process fluid treatment plant (not shown) fed, in which this is processed and reduced in their electrical conductivity.
  • the thus processed process liquid 5 is returned via the flushing nozzles 18 in the process chamber 2.
  • a process fluid circuit is also formed here, with which the reaction zones R are rinsed continuously with treated process fluid 5.

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft Verfahren zur Fragmentierung und/oder Vorschwächung von Material mittels Hochspannungsentladungen, eine Hochspannungselektrode für einen Prozessraum zur Durchführung der Verfahren, einen Prozessraum mit einer solchen Hochspannungselektrode zur Durchführung der Verfahren, einen Prozessbehälter bildend einen solchen Prozessraum sowie eine Anlage zur Fragmentierung und/oder Vorschwächung von Material mittels Hochspannungsentladungen mit einem solchen Prozessbehälter gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
    • STAND DER TECHNIK
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Materialstücke, beispielsweise aus Beton oder Gestein, mittels gepulster Hochspannungsentladungen zu zerkleinern oder vorzuschwächen, d.h. derartig mit Rissen zu versehen, dass diese in einem nachgeschalteten mechanischen Zerkleinerungsprozess einfacher zerkleinert werden können.
  • Hierzu wird das zu zerkleinernde bzw. vorzuschwächende Material zusammen mit einer Prozessflüssigkeit, beispielsweise Wasser, in einen Prozessraum eingebracht, in welchem zwischen zwei Elektroden Hochspannungsentladungen erzeugt werden. Dabei wird grundsätzlich zwischen zwei verschiedenen Wirkmechanismen unterschieden.
  • Bei der sogenannten elektrohydraulischen Einwirkung auf das zu zerkleinernde bzw. vorzuschwächende Material führt der Entladungspfad ausschliesslich durch die Prozessflüssigkeit, so dass Schockwellen in der Prozessflüssigkeit ausgelöst werden, welche auf das zu zerkleinernde bzw. zu schwächende Material einwirken. Dieser Wirkmechanismus weist jedoch den Nachteil auf, dass nur ein geringer Anteil der zur Erzeugung der Hochspannungsentladungen benötigten Energie der Zerkleinerung bzw. Vorschwächung des Materials dient. Entsprechend werden bei der elektrohydraulischen Einwirkung zur Erzielung relativ bescheidener Zerkleinerungs- bzw. Schwächungsleistungen grosse Energiemengen benötigt, deren Bereitstellung zudem mit einem hohen apparatetechnischen Aufwand verbunden ist. Auch ist eine Fragmentierung oder Schwächung relativ fester Materialien mit einer elektrohydraulischen Einwirkung praktisch nicht möglich.
  • Bei der sogenannten elektrodynamischen Einwirkung führt der Entladungspfad zumindest teilweise durch das zu zerkleinernde bzw. zu schwächende Material, so dass im Material selbst eine Schockwelle erzeugt wird. Mit diesem Wirkmechanismus kann ein deutlich höherer Anteil der aufgewendeten Energiemenge für die Fragmentierung oder Vorschwächung des Materials genutzt werden als bei der elektrohydraulischen Einwirkung und es können auch deutlich festere Materialien fragmentiert bzw. vorgeschwächt werden.
  • Aus den folgenden Dokumenten sind Verfahren und Vorrichtungen auf diesem oder benachbarten Gebieten bekannt:
    • Aus WO 99/03588 A1 sind Hochspannungsfragmentierungsanlagen bekannt, bei denen das fragmentierte Material die Prozesszone über die Öffnungen einer als Sieb ausgebildeten Elektrode verlässt. Dieses geschieht infolge von Schwerkraftförderung oder mittels einer in der Prozesszone erzeugten intensiven Prozessflüssigkeitsströmung. Im letztgenannten Fall dient die Prozessflüssigkeit dem Abtransport des fragmentierten Materials und wird im Kreislauf zirkuliert.
    • Aus EP 1 243 339 A2 ist ein elektrodynamisches Fragmentierungsverfahren bekannt, bei welchem das auf Zielgrösse fragmentierte Material über einen als Sieb dienenden Absaugkorb zusammen mit Prozessflüssigkeit aus dem Prozessbehälter abgesaugt wird und sodann in einer Sedimentierwanne abgeschieden wird. Die von der Partikelfracht befreite Prozessflüssigkeit wird sodann wieder in den Prozessbehälter zurückgeführt.
    • Aus DE 103 46 650 A1 ist ein Prozessgefäss für die elektrodynamische Fragmentierung von Material bekannt, welches in seinem Boden mehrere Öffnungen zum Zu- und Abführen von Prozessflüssigkeit aufweist sowie eine zentrale Öffnung zum Abführen des fragmentierten Materials.
    • Aus RU 2 347 619 C1 ist eine Elektrodenanordnung für die Erzeugung elektrohydraulischer Pulse bekannt, bei welcher die zentrale Hochspannungselektrode an ihrem Arbeitsende einen umlaufenden ringförmigen Wulst aufweist und vor diesem Wulst mehrere radiale Bohrungen, die von einer zentralen Bohrung in der Hochspannungselektrode her mit Prozessflüssigkeit beaufschlagt werden können.
    • Aus SU 874 183 A1 ist ein "Colloid Powder Dispenser" bekannt, welcher eine Elektrodenanordnung beinhaltet.
    • Aus JP 10 057832 A ist eine Anordnung zur Fragmentierung von Gestein mittels Hochspannungsentladungen bekannt, bei welcher Prozessflüssigkeit über eine zentrale Bohrung in der Hochspannungselektrode zugeführt wird.
    • Aus WO 2007/093063 A1 sind Elektrodenanordnungen für die elektrodynamische Fragmentierung von Material bekannt, welche eine austauschbare Elektrodenspitze aufweisen.
    • Aus DE 103 02 867 B3 ist ein Verfahren zur rechnergestützten Prozessführung einer Fragmentierungsanlage bekannt, bei welchem der Entladewiderstand und die Zündverzugszeit ermittelt und zum Steuern der Anlage verwendet werden, indem in Abhängigkeit von diesen der Elektrodenabstand und die Materialfüllung eingestellt werden.
    • Aus GB 1 284 426 A ist eine Vorrichtung zur elektrohydraulischen Zerkleinerung von Material mit mehreren Elektrodenanordnungen bekannt, welche hintereinander in einem geneigten rohrförmigen Prozesskanal angeordnet sind. Prozesswasser wird jeweils über seitliche Düsen direkt in den jeweiligen Elektrodenzwischenraum eingedüst. Überschüssiges Prozesswasser verlässt den Prozessraum über einen Überlauf. Am unteren Ende des Prozesskanals wird das fragmentierte Material mittels einer Fördervorrichtung aus dem Prozesskanal abgeführt und anschliessend gesiebt. Das auf dem Sieb verbleibende Grobmaterial wird am oberen Ende des Prozesskanals wieder in den Prozess gegeben, zur weiteren Zerkleinerung.
    • Aus SU 888 355 A1 ist eine Vorrichtung zur Fragmentierung von Material mittels Hochspannungsentladungen bekannt, bei welcher durch mehrere Öffnungen im Boden des Prozessgefässes Prozessflüssigkeit eingedüst wird, welche das fragmentierte Material nach oben wegführt. Das ausreichend feine Material wird dabei von der Prozessflüssigkeitsströmung aus der Vorrichtung geführt, während sich das noch unzureichend zerkleinerte Material an einem schrägen Sieb oberhalb der Prozesszone abscheidet und anschliessend wieder in den Prozess eingebracht wird, zur weiteren Zerkleinerung.
    • Aus JP 46 026574 B1 ist eine Vorrichtung zur Behandlung von Material mit einer mit Prozessflüssigkeit gefluteten Prozesszone bekannt, in welcher das Material zerkleinert wird.
    • Aus SU 697 188 A1 ist eine Vorrichtung zur elektrohydraulischen Fragmentierung von Material mittels Hochspannungsentladungen bekannt, bei welcher das fragmentierte Material durch eine Prozessflüssigkeitsströmung nach oben weggeführt und aus dem Prozessraum entfernt wird. Die um die Partikelfracht erleichterte Prozessflüssigkeitsströmung wird in den Prozessraum zurückgeführt.
    • Aus FR 1 341 851 A sind Vorrichtungen zur elektrohydraulischen Fragmentierung von Material bekannt, bei denen Prozessflüssigkeit mittels einer Pumpe in den Prozessraum gefördert wird.
  • Indes kann jedoch auch bei den heute bekannten elektrodynamischen Verfahren der energetische Wirkungsgrad und die Fähigkeit zur Zerkleinerung bzw. Schwächung harter und spröder Materialien nicht als zufriedenstellend angesehen werden. Auch hat sich gezeigt, dass es bei den heute bekannten Verfahren zur Fragmentierung bzw. Vorschwächung von Materialien mittels Hochspannungsentladungen bei einigen Materialien, wie z.B. Beton, nach einer anfänglich vorwiegend elektrodynamischen Einwirkung auf das Material relativ schnell zu einem Wechsel zu einer im Wesentlichen elektrohydraulischen Einwirkung kommt, mit dem Effekt, dass der Wirkungsgrad des Zerkleinerungs- bzw. Vorschwächungsprozesses rapide abnimmt oder die Hochspannungsentladungen schlimmstenfalls sogar gar keine Zerkleinerung oder Vorschwächung des Materials mehr bewirken. Dieses Phänomen macht derartige Verfahren heute für bestimmte Materialien unwirtschaftlich oder gar unbrauchbar.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es stellt sich deshalb die Aufgabe, Verfahren und Vorrichtungen zur Fragmentierung bzw. Vorschwächung von Materialien mittels Hochspannungsentladungen zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen oder zumindest teilweise vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird von den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • Gemäss diesen betrifft ein erster Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Fragmentierung und/oder Schwächung von Material, bevorzugterweise von Gesteinsmaterial oder Erz, mittels Hochspannungsentladungen. Unter einer Fragmentierung wird eine Zerkleinerung des Materials verstanden, unter einer Schwächung (auch als Vorschwächung bezeichnet) wird eine Erzeugung von internen Rissen im Material verstanden, welche eine weitere insbesondere mechanische Zerkleinerung des Materials erleichtert. Gemäss diesem Verfahren wird das zu fragmentierende bzw. zu schwächende Material zusammen mit einer Prozessflüssigkeit in einen Prozessraum eingebracht, in welchem sich zwei Elektroden mit einem Abstand gegenüberstehen und so zwischen sich eine Hochspannungsentladungsstrecke innerhalb des Prozessraumes bilden. Dabei werden das zu fragmentierende bzw. zu schwächende Material und die Prozessflüssigkeit derartig in dem Prozessraum angeordnet, dass der Bereich zwischen den beiden Elektroden mit zu fragmentierendem bzw. zu schwächendem Material und Prozessflüssigkeit gefüllt ist. Zwischen den beiden Elektroden werden Hochspannungsentladungen erzeugt, um das in den Prozessraum eingebrachte Material zu Fragmentieren und/oder zu Schwächen. Dabei wird während dem Fragmentieren bzw. Schwächen des Materials wird Prozessflüssigkeit aus dem Prozessraum abgeführt und Prozessflüssigkeit in den Prozessraum zugeführt, wobei die zugeführte Prozessflüssigkeit eine geringere elektrische Leitfähigkeit aufweist als die abgeführte Prozessflüssigkeit. Bevorzugterweise liegt die Leitfähigkeit der zugeführten Prozessflüssigkeit im Bereich zwischen 0.2 mikro-Siemens pro cm und 5000 mikro-Siemens pro cm.
  • Es hat sich gezeigt, dass sich durch diese Massnahme der energetische Wirkungsgrad und die Fähigkeit zur Zerkleinerung harter und spröder Materialien deutlich verbessern lässt und bei problematischen Materialien ein Wechsel von einer elektrodynamischen Einwirkung zu einer elektrohydraulischen Einwirkung verhindern oder zumindest verlangsamen lässt.
  • Erfindungsgemäss wird die elektrische Leitfähigkeit der im Prozessraum befindlichen Prozessflüssigkeit, die elektrische Leitfähigkeit der aus dem Prozessraum abgeführten Prozessflüssigkeit und/oder der Entladungswiderstand zwischen den zwei Elektroden ermittelt und in Abhängigkeit von den ermittelten Werten die Zuführung von Prozessflüssigkeit in den Prozessraum und/- oder, wo zutreffend, die Konditionierung der Prozessflüssigkeit verändert, bevorzugterweise geregelt. Auf diese Weise lässt sich eine stabile Prozessführung automatisieren.
  • Bevorzugterweise erfolgt das Abführen und Zuführen der Prozessflüssigkeit gleichzeitig, da dies die Ausbildung einer Spülströmung ermöglicht, mit welcher gezielt bestimmte Bereiche des Prozessraumes erfasst werden können.
  • Sind dabei die zu- und abgeführten Prozessflüssigkeitsvolumina im Wesentlichen identisch, was ebenfalls bevorzugt ist, so wird es hierdurch möglich, eine Fluktuation des Prozessflüssigkeitsspiegels im Prozessraum zu verhindern oder zumindest in engen Grenzen zu halten, was insbesondere für kontinuierliche Verfahren wünschenswert ist.
  • Dabei kann das Zu- und Abführen von Prozessflüssigkeit kontinuierlich oder intervallweise erfolgen, je nach Prozessführung. Bei einem gleichzeitigen kontinuierlichen Zu- und Abführen von Prozessflüssigkeit ergibt sich der Vorteil, dass eine kontinuierliche Spülströmung möglich wird, mit quasistationären Leitfähigkeitszuständen in der von der Spülströmung erfassten Prozessraumzone. Erfolgt das gleichzeitige Zu- und Abführen von Prozessflüssigkeit intervallweise, so lässt sich auch mit geringen Austauschmengen durch kurzzeitige intensive Durchströmung eine gute Spülung bestimmter Zonen des Prozessraumes realisieren.
  • Ebenso ist es jedoch auch vorgesehen, das Abführen und Zuführen der Prozessflüssigkeit zeitlich versetzt durchzuführen, mit dem Effekt, dass eine ausgeprägte Fluktuation des Prozessflüssigkeitsspiegels im Prozessraum stattfindet. Je nach geometrischer Ausgestaltung des Prozessraumes kann dies für eine gute Spülwirkung vorteilhaft sein. Sind dabei die zu- und abgeführten Prozessflüssigkeitsvolumina im Wesentlichen identisch, was ebenfalls bevorzugt ist, so fluktuiert der Prozessflüssigkeitsspiegels im Prozessraum zwischen zwei stabilen Flüssigkeitsständen.
  • Als Spezialfall ist hier auch vorgesehen, dass zuerst praktisch die gesamte Prozessflüssigkeit aus dem Prozessraum abgeführt wird und sodann bevorzugterweise gleich viel Prozessflüssigkeit in den Prozessraum zugeführt wird, wobei hierzu zweckmässigerweise die Erzeugung von Hochspannungsentladungen zwischen den zwei Elektroden unterbrochen wird.
  • Ebenso sind natürlich auch Varianten vorgesehen, bei denen das Zu- oder Abführen von Prozessflüssigkeit kontinuierlich erfolgt und das Ab- oder Zuführen intervallweise erfolgt, wodurch es ebenfalls zu einer Fluktuation des Prozessflüssigkeitsspiegels im Prozessraum kommt, welche sich bei einer Identität der pro Intervall zu- und abgeführten Prozessflüssigkeitsmengen ebenfalls zwischen zwei stabilen Flüssigfkeitsständen bewegt. Je nach Geometrie des Prozessraumes und gewünschter Prozessführung kann dies vorteilhafte Wirkungen auf eine Durchmischung von vorhandener und neu zugeführter Prozessflüssigkeit haben.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die abgeführte Prozessflüssigkeit einem Konditionierungsprozess unterzogen, in welchem ihre elektrische Leitfähigkeit reduziert wird. Sodann wird sie vollständig oder teilweise wieder dem Prozessraum zugeführt. Hierdurch wird es möglich, die aus dem Prozessraum abgeführte Prozessflüssigkeit ganz oder teilweise wieder als Prozessflüssigkeit für den Fragmentierungs- bzw. Vorschwächungsprozess im Prozessraum zu verwenden.
  • Dabei erfolgt die Konditionierung der Prozessflüssigkeit bevorzugterweise durch einen Entzug von Ionen, durch Verdünnung mit Prozessflüssigkeit geringerer Leitfähigkeit, durch Entzug von Feinmaterial, durch Veränderung des pH-Wertes der Prozessflüssigkeit und/oder durch Hinzufügen von Komplexbildnern. Diese einzelnen Massnahmen sind dem Fachmann geläufig und müssen deshalb an dieser Stelle nicht weiter erläutert werden.
  • Weiter ist es bei den beiden zuvor erwähnten Ausführungsformen des Verfahrens von Vorteil, dass der Prozessraum zur Bildung eines Prozessflüssigkeitskreislaufes mit dem Ein- und Auslass einer Prozessflüssigkeitsaufbereitungsanlage zur Herabsetzung der elektrischen Leitfähigkeit der Prozessflüssigkeit verbunden wird und Prozessflüssigkeit in diesem Kreislauf zirkuliert wird. Dabei wird an einer ersten Stelle des Prozessraumes Prozessflüssigkeit aus dem Prozessraum entnommen und der Prozessflüssigkeitsaufbereitungsanlage zugeführt. In der Prozessflüssigkeitsaufbereitungsanlage wird sie dann in ihrer elektrischen Leitfähigkeit reduziert, z.B. mittels der zuvor erwähnten Massnahmen, und sodann vollständig oder teilweise an einer zweiten Stelle des Prozessraumes wieder in den Prozessraum zurückgeführt. Derartige Verfahren weisen den Vorteil auf, dass der Verbrauch an Prozessflüssigkeit sehr gering gehalten werden kann und es gleichzeitig möglich ist, auch die Mengen an Abfallstoffen, welche entsorgt werden müssen, sehr gering zu halten.
  • Bevorzugterweise erfolgt bei dem erfindungsgemässen Verfahren die Zuführung von Prozessflüssigkeit in den Prozessraum derartig, dass eine gezielte Einbringung der Prozessflüssigkeit in die Reaktionszone zwischen den beiden Elektroden resultiert. Unter der Reaktionszone wird die Zone des Prozessraumes verstanden, in welcher typischerweise die Hochspannungsentladungen stattfinden. Hierdurch wird es möglich, selbst mit kleinen Mengen zugeführter Prozessflüssigkeit den Fragmentierungs- bzw. Schwächungsprozess massgeblich zu beeinflussen. Oftmals ist die Prozessflüssigkeitsqualität in den übrigen Zonen des Prozessraumes unwichtig für den Prozess bzw. von untergeordneter Bedeutung, so dass ein intensives Spülen derselben keinen Nutzen stiften würde und lediglich den anlagentechnischen Aufwand vergrössern würde.
  • Weiter ist es bevorzugt, dass die Zu- und Abführung von Prozessflüssigkeit derartig erfolgt, dass die zugeführte Prozessflüssigkeit die Reaktionszone zwischen den beiden Elektroden durchströmt, insbesondere von oben nach unten oder von unten nach oben oder in einer Richtung vom Zentrum der Reaktionszone radial nach aussen. Eine derartige Strömungsausprägung weist den Vorteil auf, dass alte Prozessflüssigkeit und darin enthaltene Feinpartikel aus der Reaktionszone herausgespült werden und in der Reaktionszone im Wesentlichen frisch zugeführte Prozessflüssigkeit vorhanden ist.
  • Mit Vorteil erfolgt die Zuführung von Prozessflüssigkeit in den Prozessraum über eine der Elektroden oder über beide Elektroden. Hierdurch kann auf separate Zuführungsanordnungen verzichtet werden.
  • Dabei ist es bevorzugt, dass eine Zuführung von Prozessflüssigkeit über eine oder mehrere stirnseitig an der jeweiligen Elektrode angeordnete Zuführungsöffnungen erfolgt, und zwar mit Vorteil über eine zentrale Zuführungsöffnung und/oder über mehrere konzentrisch um das Elektrodenzentrum angeordnete Zuführungsöffnungen. Dies hat den Vorteil, dass praktisch zwangsläufig eine vorteilhafte Zuführung der Prozessflüssigkeit im Bereich der Reaktionszone des Prozessraumes erfolgt.
  • Werden dabei eine oder zwei stabförmige Elektroden verwendet und erfolgt die Zuführung von Prozessflüssigkeit über eine oder mehrere am Umfang der jeweiligen Elektrode angeordnete Zuführungsöffnungen, insbesondere über mehrere gleichmässig am Elektrodenumfang verteilte Zuführungsöffnungen, was bevorzugt ist, so ergibt sich der Vorteil, dass eine sehr gezielte Zuführung der Prozessflüssigkeit in die Reaktionszone möglich wird.
  • In jedem Fall ist es von Vorteil, wenn die Zuführung der Prozessflüssigkeit zu den Zuführungsöffnungen über eine zentrale Zuführungsbohrung in der jeweiligen Elektrode erfolgt, da so einfach aufgebaute kostengünstige Elektroden zum Einsatz kommen können und eine zentrale Längsbohrung in einer Hochspannungselektrode zudem den geringsten Einfluss auf deren Stromleitfähigkeit im bestimmungsgemässen Betrieb hat.
  • In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kommen eine oder zwei von einem Isolator umgebene Elektroden zum Einsatz. Dabei erfolgt die Zuführung von Prozessflüssigkeit über den Isolator einer oder beider Elektroden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine elektrodennahe Zuführung über verschleissarme, nicht stromführende Bauteile möglich ist, so dass die eigentliche Hochspannungselektrode, welche als Verbrauchmaterial anzusehen ist, vom Aufbau her einfach und damit kostengünstig gestaltet werden kann.
  • Dabei ist es weiter bevorzugt, dass die Zuführung von Prozessflüssigkeit über eine oder mehrere stirnseitig am jeweiligen Isolator angeordnete Zuführungsöffnungen erfolgt, und zwar bevorzugterweise über mehrere konzentrisch um das Elektrodenzentrum angeordnete Zuführungsöffnungen am jeweiligen Isolator, da so eine gleichmässige Zuführung in die Reaktionszone möglich ist.
  • In weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Zuführung von Prozessflüssigkeit über eine Anordnung von Zuströmdüsen oder über einen Ringspalt, welche bzw. welcher die jeweilige Elektrode oder deren Isolator konzentrisch umgibt.
  • In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Prozessraum bereitgestellt, bei dem die beiden Elektroden in Schwerkraftrichtung gesehen übereinander angeordnet sind und bei welchem die untere Elektrode am Boden des Prozessraumes gebildet ist. Derartige Prozessräume haben sich als besonders geeignet erwiesen, da bei entsprechender Ausgestaltung eine schwerkraftbewirkte Förderung des zu fragmentierenden bzw. zu schwächenden Materials in die Reaktionszone und auch ein schwerkraftbewirkter Austrag des fragmentierten bzw. vorgeschwächten Materials aus dieser und aus dem Prozessraum möglich wird und somit auf separate Fördermittel für diesen Zweck verzichtet werden kann.
  • Dabei ist es bevorzugt, dass die Zuführung von Prozessflüssigkeit und/oder die Abführung von Prozessflüssigkeit über eine oder mehrere Abführungsöffnungen am Boden des Prozessraumes erfolgt. Dies weist den Vorteil auf, dass eine Spülströmung im Bereich des Bodens erzeugt werden kann, mit welcher sich dort absetzende Feinpartikel aus dem Prozessraum ausgetragen werden können. Auch wird es hierdurch möglich, sämtliche im Prozessraum befindliche Prozessflüssigkeit durch Schwerkraftförderung aus dem Prozessraum abzuführen.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Prozessraum bereitgestellt, bei dem die beiden Elektroden in Schwerkraftrichtung gesehen nebeneinander angeordnet sind, wobei bevorzugterweise beide Elektroden einen Isolator aufweisen und mit einem Potential ungleich dem Massenpotential beaufschlagt werden. Auf diese Weise lassen sich im Wesentlichen horizontale Hochspannungsentladungen zwischen den Elektroden erzeugen, was die Möglichkeit eröffnet, einen durch schwerkraftbewirkte Förderung in vertikaler Richtung den Prozessraum durchlaufenden Materialstrom mit Hochspannungsentladungen zu beaufschlagen und anschliessend ohne Umlenkung aus der Reaktionszone zu führen.
  • Bevorzugterweise werden zum Abführen der Prozessflüssigkeit aus dem Prozessraum und zum Entnehmen des fraktionierten bzw. geschwächten Materials aus dem Prozessraum unterschiedliche Öffnungen verwendet. Hierdurch ergeben sich grössere Freiheiten bezüglich der Ausgestaltung des Prozessraumes und der etwaigen Erzeugung einer Spülströmung in bestimmten Bereichen desselben.
  • Auch ist es von Vorteil, wenn das fragmentierte bzw. geschwächte Material über eine, insbesondere zentrale Öffnung oder über mehrere Entnahmeöffnungen am Boden des Prozessraumes entnommen wird. Dies hat den Vorteil, dass die Entnahme schwerkraftbewirkt erfolgen kann, ohne zusätzliche Fördermittel.
  • In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens wird das zu fragmentierende bzw. zu schwächende Material kontinuierlich oder batchweise dem Prozessraum zugeführt und kontinuierlich oder batchweise fragmentiertes bzw. geschwächtes Material aus dem Prozessraum abgeführt. So ist es z.B. vorgesehen, das zu fragmentierende bzw. zu schwächende Material batchweise zuzuführen und das fragmentierte bzw. geschwächte Material kontinuierlich abzuführen, oder umgekehrt. Auch ist es natürlich vorgesehen, sowohl das Zuführen wie das Abführen kontinuierlich durchzuführen (reiner Durchlaufbetrieb) oder beides batchweise durchzuführen (reiner Batchbetrieb). Je nach Anlagenkonfiguration und zu behandelndem Material kann die eine oder andere Variante vorteilhafter sein.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren, bevorzugterweise gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung, zur Fragmentierung und/oder Schwächung von Material, bevorzugterweise von Gesteinsmaterial oder Erz, mittels Hochspannungsentladungen. Unter einer Fragmentierung wird eine Zerkleinerung des Materials verstanden, unter einer Schwächung (auch als Vorschwächung bezeichnet) wird eine Erzeugung von internen Rissen im Material verstanden, welche eine weitere insbesondere mechanische Zerkleinerung des Materials erleichtert. Gemäss diesem Verfahren wird das zu fragmentierende bzw. zu schwächende Material zusammen mit einer Prozessflüssigkeit in einen Prozessraum eingebracht, in welchem sich zwei Elektroden mit einem Abstand gegenüberstehen und so zwischen sich eine Hochspannungsentladungsstrecke innerhalb des Prozessraumes bilden. Dabei wird das zu fragmentierende bzw. zu schwächende Material und die Prozessflüssigkeit derartig in dem Prozessraum angeordnet, dass der Bereich zwischen den beiden Elektroden mit zu fragmentierendem bzw. zu schwächendem Material und Prozessflüssigkeit gefüllt ist. Zwischen den beiden Elektroden werden Hochspannungsentladungen erzeugt, um das in den Prozessraum eingebrachte Material zu Fragmentieren und/oder zu Schwächen. Dabei wird kontinuierlich oder batchweise zu fragmentierendes bzw. zu schwächendes Material in den Prozessraum eingebracht und kontinuierlich oder batchweise Material aus dem Prozessraum abgeführt, wobei zumindest ein Teil des aus dem Prozessraum abgeführten Materials wieder in den Prozessraum eingebracht wird, nachdem es einen weiteren Prozessschritt ausserhalb des Prozessraumes durchlaufen hat, welcher ein Spülen des wieder in den Prozessraum einzubringenden Materials mit einer ersten Spülflüssigkeit umfasst, bevorzugterweise mit einer ersten Spülflüssigkeit mit einer geringeren Leitfähigkeit als die im Prozessraum befindliche Prozessflüssigkeit.
  • Es hat sich gezeigt, dass sich durch diese Massnahme der energetische Wirkungsgrad und die Fähigkeit zur Zerkleinerung harter und spröder Materialien deutlich verbessern lässt und bei problematischen Materialien ein Wechsel von einer elektrodynamischen Einwirkung zu einer elektrohydraulischen Einwirkung verhindern oder zumindest verlangsamen lässt.
  • Unter "Spülen" wird hier ein Inkontaktbringen des Materials mit der ersten Spülflüssigkeit im weitesten Sinne verstanden. So ist es z.B. vorgesehen, dass Material in ein mit der ersten Spülflüssigkeit gefülltes Becken einzulegen oder das Material mit der ersten Spülflüssigkeit abzuspülen.
  • Erfindungsgemäss wird die elektrische Leitfähigkeit der zum Spülen verwendeten ersten Spülflüssigkeit ermittelt und sodann in Abhängigkeit von den ermittelten Werten die Zuführung der zum Spülen verwendeten ersten Spülflüssigkeit und/oder, wo zutreffend, die Konditionierung der ersten Spülflüssigkeit verändert, und zwar bevorzuterweise geregelt. Auf diese Weise lässt sich eine stabile Prozessführung automatisieren.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher der weitere Prozessschritt ein Spülen des wieder in den Prozessraum einzubringenden Materials mit einer ersten Spülflüssigkeit umfasst, bevorzugterweise mit einer ersten Spülflüssigkeit mit einer geringeren Leitfähigkeit als die im Prozessraum befindliche Prozessflüssigkeit, vergehen zwischen dem Ende des Spülens des Materials mit der ersten Spülflüssigkeit und dem anschliessenden erneuten Einbringen des Materials in den Prozessraum oder, noch bevorzugter, der Beaufschlagung des Materials mit Hochspannungsentladungen im Prozessraum weniger als 5 Minuten, bevorzugterweise weniger als 3 Minuten.
  • Insbesondere für den Fall, dass die zum Spülen verwendete erste Spülflüssigkeit gleichartig, bevorzugterweise identisch mit der in den Prozessraum eingebrachten Prozessflüssigkeit ist, ergibt sich bei Materialien, welche im Kontakt mit der Flüssigkeit Ionen in die Flüssigkeit auslagern, der Vorteil, dass die Ionenbefrachtung der Prozessflüssigkeit im Prozessraum hierdurch deutlich reduziert werden kann, mit dem Ergebnis, dass ein besserer Fragmentierungs- bzw. Schwächungswirkungsgrad erzielt werden kann.
  • Hierzu wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens die zum Spülen verwendete erste Spülflüssigkeit in einem Kreislauf zirkuliert und kontinuierlich oder zeitweise durch den Entzug von Ionen, durch Verdünnung mit Spülflüssigkeit geringerer Leitfähigkeit, durch Entzug von Feinmaterial, durch Veränderung ihres pH-Wertes und/oder durch Hinzufügen von Komplexbildnern konditioniert.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das aus dem Prozessraum abgeführte Material, bevorzugterweise durch Sieben, in Grobmaterial und Feinmaterial aufgeteilt. Das Grobmaterial wird wieder in den Prozessraum eingebracht, nachdem es den weiteren Prozessschritt ausserhalb des Prozessraumes durchlaufen hat. Auf diese Weise kann, insbesondere bei Verfahren bei denen eine Fragmentierung des Materials erfolgt, der Austrag des auf Zielgrösse fragmentierten Materials und des zirkulierten Materials zusammengefasst und dadurch vereinfacht werden. Bevorzugterweise erfolgt das Aufteilen in Grobmaterial und Feinmaterial bevor der weitere Prozessschritt durchgeführt wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass lediglich das dem Prozessraum wieder zuzuführende Material den weiteren Prozessschritt durchläuft.
  • Dabei ist es weiter bevorzugt, dass die durch die Aufteilung in Grobmaterial und Feinmaterial erhaltene Menge Grobmaterial grösser ist als die erhaltene Menge Feinmaterial, also die rezirkulierte Materialmenge grösser ist als die auf Zielgrösse zerkleinerte Menge. Insbesondere für den Fall, dass der weitere Prozessschritt ein Spülen des wieder in den Prozessraum einzubringenden Materials mit einer Spülflüssigkeit umfasst, welche gleichartig, bevorzugterweise identisch mit der in den Prozessraum eingebrachten Prozessflüssigkeit ist, und Materialien behandelt werden, welche im Kontakt mit der Prozessflüssigkeit Ionen in diese auslagern, ergibt sich hierdurch der Vorteil, dass die Ionenbefrachtung der Prozessflüssigkeit im Prozessraum noch weiter reduziert werden kann, weil es hierdurch möglich ist, bei einem kontinuierlichen Prozess dem Prozessraum mehr "gewaschenes" Rezirkulationsmaterial zuzuführen als "ungewaschenes" Neumaterial.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren, bevorzugterweise gemäss dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung, zur Fragmentierung und/oder Schwächung von Material, bevorzugterweise von Gesteinsmaterial oder Erz, mittels Hochspannungsentladungen. Unter einer Fragmentierung wird eine Zerkleinerung des Materials verstanden, unter einer Schwächung (auch als Vorschwächung bezeichnet) wird eine Erzeugung von internen Rissen im Material verstanden, welche eine weitere insbesondere mechanische Zerkleinerung des Materials erleichtert. Gemäss diesem Verfahren wird das zu fragmentierende bzw. zu schwächende Material zusammen mit einer Prozessflüssigkeit in einen Prozessraum eingebracht, in welchem sich zwei Elektroden mit einem Abstand gegenüberstehen und so zwischen sich eine Hochspannungsentladungsstrecke innerhalb des Prozessraumes bilden. Dabei wird das zu fragmentierende bzw. zu schwächende Material und die Prozessflüssigkeit derartig in dem Prozessraum angeordnet, dass der Bereich zwischen den beiden Elektroden mit zu fragmentierendem bzw. zu schwächendem Material und Prozessflüssigkeit gefüllt ist. Zwischen den beiden Elektroden werden Hochspannungsentladungen erzeugt, um das in den Prozessraum eingebrachte Material zu Fragmentieren und/oder zu Schwächen. Dabei wird das in den Prozessraum eingebrachte Material vorgängig zum Fragmentieren bzw. Vorschwächen mit einer zweiten Spülflüssigkeit gespült, bevorzugterweise mit einer zweiten Spülflüssigkeit mit einer geringeren Leitfähigkeit als die beim Fragmentieren bzw. Schwächen im Prozessraum befindliche Prozessflüssigkeit.
  • Es hat sich gezeigt, dass sich durch diese Massnahme, insbesondere für den Fall, dass die zweite Spülflüssigkeit gleichartig, bevorzugterweise identisch mit der in den Prozessraum eingebrachten Prozessflüssigkeit ist, was bevorzugt ist, und dass Materialien behandelt werden, welche im Kontakt mit der Flüssigkeit Ionen in diese Flüssigkeit auslagern, der energetische Wirkungsgrad deutlich verbessern lässt und bei problematischen Materialien ein Wechsel von einer elektrodynamischen Einwirkung zu einer elektrohydraulischen Einwirkung verhindern oder zumindest verlangsamen lässt.
  • Erfindungsgemäss wird die elektrische Leitfähigkeit der zum Spülen verwendeten zweiten Spülflüssigkeit ermittelt und in Abhängigkeit von den ermittelten Werten die Zuführung der zum Spülen verwendeten zweiten Spülflüssigkeit und/oder, wo zutreffend, die Konditionierung der zweiten Spülflüssigkeit verändert, und zwar bevorzugterweise geregelt. Auf diese Weise lässt sich eine stabile Prozessführung automatisieren.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Spülen mit der zweiten Spülflüssigkeit innerhalb des Prozessraumes, in einer anderen ausserhalb des Prozessraumes. Unter "Spülen" wird hier ein Inkontaktbringen des Materials mit der zweiten Spülflüssigkeit im weitesten Sinne verstanden. So ist es z.B. vorgesehen, dass Material vor der Einbringung in den Prozessraum in ein mit der zweiten Spülflüssigkeit gefülltes Becken einzulegen oder das Material mit der zweiten Spülflüssigkeit abzuspülen. Auch ist es vorgesehen, den mit dem zu behandelnden Material befüllten Prozessraum vorgängig zur Erzeugung der Hochspannungsentladungen für eine gewisse Zeit mit der zweiten Spülflüssigkeit zu fluten und diese anschliessend und vorgängig zur Erzeugung der Hochspannungsentladungen durch Prozessflüssigkeit zu ersetzen, oder alternativ das in den Prozessraum eingebrachte Material vor der Einbringung der Prozessflüssigkeit in den Prozessraum und der Erzeugung der Hochspannungsentladungen im Prozessraum mit der zweiten Prozessflüssigkeit zu spülen. Natürlich sind auch Kombinationen vorgesehen sowie ein mehrfaches Einlegen, Fluten und/oder Spülen, z.B. auch intervallweise zwischen einer Beaufschlagung des Materials mit Hochspannungsentladungen.
  • Bevorzugterweise vergehen zwischen dem Ende des Spülens des Materials mit der zweiten Spülflüssigkeit oder, noch bevorzugter, der Beaufschlagung des Materials mit Hochspannungsentladungen im Prozessraum weniger als 5 Minuten, insbesondere weniger als 3 Minuten. Insbesondere für den Fall, dass die zum Spülen verwendete zweite Spülflüssigkeit gleichartig, bevorzugterweise identisch mit der in den Prozessraum eingebrachten Prozessflüssigkeit ist, ergibt sich bei Materialien, welche im Kontakt mit der Flüssigkeit Ionen in diese auslagern, der Vorteil, dass die Ionenbefrachtung der Prozessflüssigkeit im Prozessraum hierdurch noch weiter reduziert werden kann, da eine erneute Aufkonzentration von Ionen an der Materialoberfläche im Wesentlichen verhindert werden kann mit dem Ergebnis, dass ein noch besserer Fragmentierungs- bzw. Schwächungswirkungsgrad erzielt werden kann.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die zum Spülen verwendete zweite Spülflüssigkeit in einem Kreislauf zirkuliert und kontinuierlich oder zeitweise durch den Entzug von Ionen, durch Verdünnung mit Spülflüssigkeit geringerer Leitfähigkeit, durch Entzug von Feinmaterial, durch Veränderung ihres pH-Wertes und/oder durch Hinzufügen von Komplexbildnern konditioniert. Diese einzelnen Massnahmen zur Konditionierung sind dem Fachmann geläufig und müssen deshalb an dieser Stelle nicht weiter erläutert werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Verbrauch an zweiter Spülflüssigkeit sehr gering gehalten werden kann und es gleichzeitig möglich ist, auch die Mengen an Abfallstoffen, welche entsorgt werden müssen, gering zu halten.
  • Bevorzugterweise wird bei den Verfahren gemäss dem ersten, zweiten und dritten Aspekt der Erfindung als Prozessflüssigkeit Wasser verwendet. Dieses ist kostengünstig und hat sich in der Praxis als sehr geeignet für derartige Verfahren erwiesen.
  • Auch ist es bei den Verfahren gemäss dem ersten, zweiten und dritten Aspekt der Erfindung bevorzugt, dass als zu fragmentierendes und/oder zu schwächendes Material ein Edelmetall- oder Halbedelmetall-Erz verwendet wird, bevorzugterweise ein Kupfer-Erz oder ein Kupfer/- Gold-Erz. Bei derartigen Materialien treten die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zu Tage.
  • Weiter ist es bei den Verfahren gemäss dem ersten, zweiten und dritten Aspekt der Erfindung bevorzugt, dass eine bevorzugterweise mechanische Zerkleinerung des aus dem Verfahren hervorgehenden fragmentierten und/oder geschwächten Materials erfolgt. Dies ist insbesondere bei Verfahren der Fall, welche weniger der Fragmentierung als vielmehr der Schwächung des Materials dienen.
  • Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft eine Hochspannungselektrode für einen Prozessraum zur Durchführung eines der Verfahren gemäss dem ersten, zweiten oder dritten Aspekt der Erfindung. Die Hochspannungselektrode umfasst einen Isolatorkörper mit einem zentralen Leiter, bevorzugterweise aus Metall, insbesondere aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder einem Edelstahl, an dessen Arbeitsende, welches axial aus dem Isolatorkörper hervorragt, eine Elektrodenspitze angeordnet ist, welche mit Vorteil die Form einer Kugelkalotte oder eines Rotationsparaboloids aufweist. Der zentrale Leiter und/oder der Isolator weisen am Arbeitsende eine oder mehrere Zuführungsöffnungen zur Zuführung von Prozessflüssigkeit in den mit dieser Hochspannungselektrode zu bildenden Prozessraum auf, welche in einen oder mehrere Zuführungskanäle in der Hochspannungselektrode einmünden, über welche diese Zuführungsöffnungen von einem dem Arbeitsende fernen Ort, bevorzugterweise vom Nicht-Arbeitsende der Hochspannungselektrode her, mit Prozessflüssigkeit, bevorzugterweise Wasser, gespeist werden können. Eine solche Hochspannungselektrode weist den Vorteil auf, dass durch ihre Verwendung auf separate Zuführungsanordnungen für Prozessflüssigkeit verzichtet werden kann und dass praktisch zwangsläufig eine Zuführung der Prozessflüssigkeit im Bereich der Reaktionszone des Prozessraumes erfolgt, was wünschenswert ist.
  • Erfindungsgemäss ist der Isolatorkörper von einem weiteren Bauteil umgeben, welches als solches oder zusammen mit dem Isolatorkörper einen stirnseitigen Ringspalt bildet. Dieser kann von einem dem Arbeitsende fernen Ort, bevorzugterweise vom Nicht-Arbeitsende der Hochspannungselektrode her, mit Prozessflüssigkeit, bevorzugterweise Wasser, gespeist werden. Hierdurch wird ebenfalls eine relativ gezielte Zuführung der Prozessflüssigkeit in die Reaktionszone möglich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Hochspannungselektrode weist der zentrale Leiter an seinem Arbeitsende eine oder mehrere stirnseitig angeordnete Zuführungsöffnungen zum Zuführen von Prozessflüssigkeit in den Prozessraum auf, und zwar bevorzugterweise eine zentrale Zuführungsöffnung und/oder mehrere konzentrisch um das Elektrodenzentrum herum angeordnete Zuführungsöffnungen. Hierdurch wird eine sehr gezielte Zuführung der Prozessflüssigkeit in die Reaktionszone möglich.
  • Ebenfalls bevorzugt sind Ausführungsformen der Hochspannungselektrode, bei denen der zentrale Leiter an seinem Arbeitsende eine oder mehrere an seinem Umfang angeordnete Zuführungsöffnungen aufweist, welche mit Vorteil gleichmässig an seinem Umfang verteilt sind. Hierdurch wird eine etwas diffusere Zuführung der Prozessflüssigkeit in die Reaktionszone möglich.
  • Je nach Geometrie des mit der Hochspannungselektrode zu versehenden Prozessraumes kann die eine oder andere Variante oder auch eine Kombination daraus vorteilhafter sein.
  • Bevorzugterweise weist der zentrale Leiter im Bereich seines arbeitsendseitigen Austritts aus dem Isolatorkörper an seinem Aussenumfang einen umlaufenden, radialen Wulst auf, welcher als Feldentlastung dient. Dabei ist es weiter bevorzugt, dass die Stirnseite dieses Wulstes Zuführungsöffnungen aufweist.
  • Weist der zentrale Leiter zur Zuführung der Prozessflüssigkeit zu den Zuführungsöffnungen einen zentralen Zuführungskanal auf, was bevorzugt ist, so ergibt sich der Vorteil, dass eine einfache kostengünstige Bauweise der Hochspannungselektrode möglich wird. Als weiterer Vorteil ergibt sich, dass eine zentrale Längsbohrung in einer Hochspannungselektrode den geringsten Einfluss auf deren Stromleitfähigkeit im bestimmungsgemässen Betrieb hat.
  • Weiter ist es alternativ oder ergänzend bevorzugt, dass der Isolatorkörper der Hochspannungselektrode an seiner arbeitsendseitigen Stirnfläche eine oder mehrere Zuführungsöffnungen aufweist, und zwar bevorzugterweise mehrere konzentrisch um das Elektrodenzentrum herum angeordnete Zuführungsöffnungenoder dass der Isolatorkörper von einem weiteren Bauteil umgeben ist, welches eine Anordnung von Zuströmdüsen bildet. Dabei können diese Zuführungsöffnungen und/oder Düsen von einem dem Arbeitsende fernen Ort, bevorzugterweise vom Nicht-Arbeitsende der Hochspannungselektrode her, mit Prozessflüssigkeit, bevorzugterweise Wasser, gespeist werden. Hierdurch wird ebenfalls eine relativ gezielte Zuführung der Prozessflüssigkeit in die Reaktionszone möglich.
  • Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft einen Prozessraum mit einer Hochspannungselektrode gemäss dem vierten Aspekt der Erfindung zur Durchführung eines Verfahrens gemäss dem ersten, zweiten oder dritten Aspekt der Erfindung.
  • Ein sechster Aspekt der Erfindung betrifft einen Prozessbehälter, welcher einen bevorzugterweise geschlossenen Prozessraum gemäss dem fünften Aspekt der Erfindung bildet.
  • Ein siebter Aspekt der Erfindung betrifft eine Anlage zur Fragmentierung und/oder Schwächung von Material, bevorzugterweise von Gesteinsmaterial oder Erz, mittels Hochspannungsentladungen. Die Anlage umfasst einen Prozessbehälter gemäss dem sechsten Aspekt der Erfindung sowie einen Hochspannungsimpulsgenerator zur Beaufschlagung der Hochspannungselektrode gemäss dem vierten Aspekt der Erfindung mit Hochspannungsimpulsen zwecks Erzeugung von Hochspannungsentladungen in dem vom Prozessbehälter gebildeten Prozessraum.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
    • Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Teil eines ersten Prozessbehälters während der Durchführung eines erfindungsgemässen Verfahrens;
    • Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Teil einer ersten Hochspannungselektrode;
    • Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch einen Teil einer zweiten Hochspannungselektrode;
    • Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch einen Teil einer dritten Hochspannungselektrode;
    • Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch einen Teil einer vierten Hochspannungselektrode;
    • Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch einen Teil einer fünften, erfindungsgemässen Hochspannungselektrode;
    • Fig. 7 einen Vertikalschnitt durch einen Teil eines zweiten Prozessbehälters;
    • Fig. 8 einen Vertikalschnitt durch einen Teil eines dritten Prozessbehälters;
    • Fig. 9 einen Vertikalschnitt durch einen vierten Prozessbehälter;
    • Fig. 10 einen Vertikalschnitt durch einen fünften Prozessbehälter; und
    • Fig. 11 einen Vertikalschnitt durch einen Prozessraum mit zwei Reaktionszonen.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Fig. 1 zeigt den unteren Teil eines ersten Prozessbehälters im Vertikalschnitt während der Durchführung eines erfindungsgemässen Verfahrens.
  • Wie zu erkennen ist, bildet der Prozessbehälter einen geschlossenen Prozessraum 2, an dessen Boden eine Elektrode 4 angeordnet ist, welche auf Erdpotential liegt. Der Prozessraum 2 ist bis etwa zur Hälfte (siehe Flüssigkeitsspiegel S) mit einer Prozessflüssigkeit 5 gefüllt, im vorliegenden Fall mit Wasser. Der trichterförmige Boden des Prozessraumes 2 ist mit einer Schüttung aus zu fragmentierendem Material 1, im vorliegenden Fall Gesteinsstücke, bedeckt. Von oben ragt eine stabförmige Hochspannungselektrode 3 in den Prozessraum 2 hinein.
  • Wie in Zusammenschau mit Fig. 2, welche den vorderen Teil der Hochspannungselektrode 3 in einer detaillierteren Schnittdarstellung zeigt, erkennbar ist, wird der hier sichtbare Teil der Hochspannungselektrode 3 von einem Isolatorkörper 8 mit einem zentralen Leiter 14 gebildet, an dessen Arbeitsende, welches axial aus dem Isolatorkörper 8 hervorragt, eine stabförmige Elektrodenspitze 15 angeordnet ist. Der zentrale Leiter 14 bzw. die dessen arbeitsseitiges Ende bildende Elektrodenspitze 15 weist im Bereich direkt angrenzend an die arbeitsendseitige Stirnseite des Isolatorkörpers 8 an seinem bzw. ihrem Aussenumfang einen umlaufenden, radialen Wulst 16 auf, welcher als Feldentlastung dient. Die Elektrodenspitze 15 und der Wulst 16 sind gemeinsam als einstückiges Wechselteil aus Edelstahl ausgebildet, das mit einem Innengewinde 19, welches am Ende einer Dehnhülse 20 gebildet ist, auf ein Aussengewinde 21 eines im zentralen Leiter 14 verlaufenden Zugankers 22 aufgeschraubt ist, derart, dass die dem Isolatorkörper 8 zugewandte Stirnfläche des Wulstes 16 unter Druckvorspannung an der arbeitsendseitigen Stirnseite des zentralen Leiters 14 anliegt.
  • Die Hochspannungselektrode 3 taucht mit ihrer Elektrodenspitze 15 in die am Boden des Prozessraumes 2 befindliche Schüttung aus Gesteinsstücken 1 ein, derart, dass zwischen der Stirnseite der Elektrodenspitze 15 der Hochspannungselektrode 3 und der Stirnseite der Bodenelektrode 4 ein Raum (Reaktionszone) verbleibt, welcher mit Gesteinsstücken 1 und Prozessflüssigkeit 5 gefüllt ist.
  • An seiner dem Isolatorkörper 8 abgewandten Stirnseite weist der Wulst 16 mehrere mit gleichmässiger Winkelteilung konzentrisch um das Elektrodenzentrum herum angeordnete Zuführungsöffnungen 6 für Prozessflüssigkeit 5 auf, welche über einen im Zentrum des Zugankers 22 und durch die Dehnhülse 20 verlaufenden zentralen Zuführungskanal 7 vom Nicht-Arbeitsende der Hochspannungselektrode 3 her kontinuierlich mit Prozessflüssigkeit 5 gespeist werden (siehe Pfeile). Hierdurch wird kontinuierlich frische Prozessflüssigkeit in die Reaktionszone R, in welcher durch Beaufschlagung der Hochspannungselektrode 3 mit Hochspannungsimpulsen Hochspannungsentladungen zwischen der Bodenelektrode 4 und der Hochspannungselektrode 3 erzeugt werden, eingespeist und dadurch alte Prozessflüssigkeit 5 und Feinpartikel aus der Reaktionszone R verdrängt. Gleichzeitig wird die gleiche Menge Prozessflüssigkeit über radiale Abführungsöffnungen 12 oberhalb der Reaktionszone R aus dem Prozessraum 2 abgeführt (siehe Pfeile) und einer Prozessflüssigkeitsaufbereitungsanlage (nicht gezeigt) zugeführt, in welcher die Partikelfracht entfernt wird und die elektrische Leitfähigkeit der Prozessflüssigkeit 5 herabgesetzt wird. Die so aufbereitete Prozessflüssigkeit 5 wird über die Zuführungsöffnungen 6 in der Hochspannungselektrode 3 in den Prozessraum 2 zurückgeführt. Auf diese Weise ist hier ein Prozessflüssigkeitskreislauf gebildet, mit welchem die Reaktionszone kontinuierlich mit aufbereiteter Prozessflüssigkeit 5 gespült wird.
  • Fig. 3 zeigt einen Vertikalschnitt durch das arbeitsseitige Ende einer zweiten Hochspannungselektrode 3, welche sich von der in Fig. 2 gezeigten lediglich dadurch unterscheidet, dass die Zuführungsöffnungen 6 für die Prozessflüssigkeit 5 nicht an der Stirnseite des Wulstes 16 angeordnet sind, sondern am Umfang der stabförmigen Elektrodenspitze 15.
  • Fig. 4 zeigt einen Vertikalschnitt durch das arbeitsseitige Ende einer dritten Hochspannungselektrode 3, welche sich von der in Fig. 2 gezeigten dadurch unterscheidet, dass nicht mehrere Zuführungsöffnungen 6 für die Prozessflüssigkeit 5 an der Stirnseite des Wulstes 16 angeordnet sind, sondern lediglich eine zentrale Zuführungsöffnung 6 an der Stirnseite der stabförmigen Elektrodenspitze 15.
  • Fig. 5 zeigt einen Vertikalschnitt durch das arbeitsseitige Ende einer vierten Hochspannungselektrode 3, welche sich von den in den Figuren 2, 3 und 4 gezeigten Hochspannungselektroden 3 grundsätzlich einmal dadurch unterscheidet, dass die Zuführungsöffnungen 6 nicht vom zentralen Leiter 14 bzw. der Elektrodenspitze 15 gebildet sind, sondern vom Isolatorkörper 8, an dessen arbeitsseitiger Stirnseite mehrere Zuführungskanäle 7 unter Bildung der Zuführungsöffnungen 6 austreten. Der zentrale Leiter 14 ist im vorliegenden Fall als massive Metallstange ausgebildet und bildet im Bereich seines arbeitsendseitigen Austritts aus dem Isolatorkörper 8 an seinem Aussenumfang einen umlaufenden, radialen Wulst 16, welcher auch hier als Feldentlastung dient. Die Elektrodenspitze 15 ist wiederum als Wechselteil ausgebildet, hier jedoch in Form eines Dehnschaftbolzens 23, welcher mit einem endseitigen Aussengewinde 21 in ein Innengewinde 19 im zentralen Leiter 14 eingeschraubt ist und mittels einer auf sein die Elektrodenspitze 15 bildendes Ende aufgeschraubten Mutter 24 unter Druckvorspannung an der Stirnseite des zentralen Leiters 14 anliegt.
  • Fig. 6 zeigt einen Vertikalschnitt durch das arbeitsseitige Ende einer fünften, erfindungsgemässen Hochspannungselektrode 3, welche sich von der in Fig. 5 gezeigten dadurch unterscheidet, dass der Isolatorkörper 8 der Elektrode 3 von einem hülsenförmigen Bauteil 17 umgeben ist, welches einen Teil seiner arbeitsendseitigen Stirnfläche abdeckt und zusammen mit den Isolatorkörper 8 einen stirnseitigen Ringspalt 10 bildet, welcher vom Nicht-Arbeitsende der Hochspannungselektrode 3 her über die Zuführungskanäle 7 mit Prozessflüssigkeit gespeist werden kann.
  • Hier wird die Elektrodenspitze 15 von einer Hutmutter 25 gebildet, welche mittels eines in diese eingeschraubten Dehnschaftbolzens 23 in einem Gewindesackloch in der Stirnseite des zentralen Leiters 14 befestigt ist und unter Druckvorspannung an dieser Stirnseite des zentralen Leiters 14 anliegt. Wie zu erkennen ist, besteht ein weiterer Unterschied zu der in Fig. 5 gezeigten Hochspannungselektrode darin, dass der zentrale Leiter 14 hier im Bereich seines Austritts aus dem Isolatorkörper 8 keinen Wulst bildet.
  • Fig. 7 zeigt den unteren Teil eines zweiten Prozessbehälters im Vertikalschnitt. Der hier gezeigte Prozessbehälter unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten Prozessbehälter lediglich dadurch, dass zur Zuführung der Prozessflüssigkeit nicht eine Hochspannungselektrode mit Zuführungsöffnungen vorhanden ist, sondern eine Anordnung von Zuströmdüsen 9, welche oberhalb der Reaktionszone R gleichmässig verteilt an den Begrenzungswandungen des Prozessbehälters angeordnet sind und im bestimmungsgemässen Betrieb jeweils einen auf die Bodenelektrode 4 gerichteten Prozessflüssigkeitsstrahl erzeugen (siehe Pfeile). Das Abführen der Prozessflüssigkeit erfolgt im bestimmungsgemässen Betrieb wie bei dem Prozessbehälter aus Fig. 1 über radiale Abführungsöffnungen 12 oberhalb der Reaktionszone R (siehe Pfeile).
  • Fig. 8 zeigt den unteren Teil eines dritten Prozessbehälters im Vertikalschnitt. Bei dem hier gezeigten Prozessbehälter erfolgt im bestimmungsgemässen Betrieb die Zuführung von Prozessflüssigkeit über (nicht gezeigte) Zuführungsöffnungen von oben her. Die Bodenelektrode 4 ist von einem Siebboden 26 getragen, über welchen im bestimmungsgemässen Betrieb Prozessflüssigkeit zum eigentlichen Prozessbehälterboden 27 geführt und über eine zentrale Abführungsöffnung 12 abgeführt wird. Die Hochspannungselektrode 3 ist im Wesentlichen identisch mit derjenigen des Prozessbehälters in Fig. 7.
  • Fig. 9 zeigt einen vierten Prozessbehälter im Vertikalschnitt. Wie zu erkennen ist, bildet hier der Prozessbehälter einen nach oben offenen Prozessraum 2, an dessen trichterförmig ausgebildetem Boden eine Bodenelektrode 4 angeordnet ist, welche eine zentrale Abführungsbohrung 13 für auf Zielgrösse zerkleinertes Material aufweist. Von oben ragt eine stabförmige Hochspannungselektrode 3 in den Prozessraum 2 hinein, welche aus einem Isolatorkörper 8 mit einem zentralen Leiter 14 besteht, an dessen Arbeitsende, welches axial aus dem Isolatorkörper 8 hervorragt, eine stabförmige Elektrodenspitze 15 angeordnet ist. Der zentrale Leiter 14 bzw. die dessen arbeitsseitiges Ende bildende Elektrodenspitze 15 weist im Bereich direkt angrenzend an die arbeitsendseitige Stirnseite des Isolatorkörpers 8 an ihrem Aussenumfang einen umlaufenden, radialen Wulst 16 auf, welcher als Feldentlastung dient. An einer Stelle nahe der Bodenelektrode 4 weist der Boden des Prozessbehälters ein Düse 11 zu Zuführung von Prozessflüssigkeit auf, mittels welcher im bestimmungsgemässen Betrieb ein auf die Reaktionszone gerichteter Prozessflüssigkeitsstrom erzeugt wird (siehe Pfeil). Auf einer gegenüberliegenden Position weist der Boden des Prozessbehälters eine Abführungsöffnung 12 für Prozessflüssigkeit auf (siehe Pfeil).
  • Fig. 10 zeigt einen fünften Prozessbehälter im Vertikalschnitt, welcher sich von dem in Fig. 9 gezeigten Prozessbehälter lediglich dadurch unterscheidet, dass zur Zuführung der Prozessflüssigkeit nicht eine Bodendüse vorhanden ist, sondern eine Hochspannungselektrode 3 mit Zuführungsöffnungen 6 (siehe Pfeile). Diese Hochspannungselektrode 3 ist bezüglich der Anordnung der Zuführungsöffnungen 6 identisch mit der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Hochspannungselektrode.
  • Fig. 11 zeigt einen stark schematisierten Vertikalschnitt durch einen Prozessraum 2 mit zwei separaten Reaktionszonen R einer Anlage zur Schwächung von Erzstücken. Im Prozessraumes 2 ist ein Schwingsiebdeck 28 angeordnet, welches zwei Elektrodenflächen 4 aufweist, die geerdet sind. Oberhalb jeder der Elektrodenflächen 4 ist jeweils mit einem vertikalen Abstand eine stabförmige Hochspannungselektrode 3 angeordnet, welche im Aufbau gleichartig zu der in den Figuren 7 und 8 gezeigten ist. Der Prozessraum 2 ist bis auf seine halbe Höhe mit einer Prozessflüssigkeit 5 gefüllt (siehe Flüssigkeitsspiegel S)
  • Beim bestimmungsgemässen Betrieb werden zu schwächende Erzstücke durch eine Schwingbewegung des Schwingsiebdecks 28 von rechts nach links unter den Hochspannungselektroden 3 hindurch gefördert, während zwischen den Hochspannungselektroden 3 und der jeweiligen darunter angeordneten Elektrodenfläche 4 Hochspannungsentladungen erzeugt werden. Dabei wird jeweils der Bereich, in welchem die Hochspannungsentladungen stattfinden (Reaktionszone R), über Spüldüsen 18 mit Prozessflüssigkeit 5 beschickt (siehe Pfeile). Gleichzeitig wird am Boden des Prozessraumes 2 über eine Abführungsöffnung 12 die gleiche Menge Prozessflüssigkeit 5 abgeführt (siehe Pfeile) und einer Prozessflüssigkeitsaufbereitungsanlage (nicht gezeigt) zugeführt, in welcher diese aufbereitet und in ihrer elektrischen Leitfähigkeit herabgesetzt wird. Die so aufbereitete Prozessflüssigkeit 5 wird über die Spüldüsen 18 in den Prozessraum 2 zurückgeführt. Auf diese Weise ist auch hier ein Prozessflüssigkeitskreislauf gebildet, mit welchem die Reaktionszonen R kontinuierlich mit aufbereiteter Prozessflüssigkeit 5 gespült werden.
  • Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und auch in anderer Weise innerhalb des Umfangs der nun folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims (51)

  1. Verfahren zur Fragmentierung und/oder Vorschwächung von Material (1), insbesondere von Gesteinsmaterial (1) oder Erz, mittels Hochspannungsentladungen, umfassend die Schritte:
    a) Bereitstellen eines Prozessraumes (2) mit einer zwischen zwei sich mit einem Elektrodenabstand gegenüberstehenden Elektroden (3, 4) gebildeten Hochspannungsentladungsstrecke;
    b) Einbringen des zu fragmentierenden bzw. vorzuschwächenden Materials (1) und einer Prozessflüssigkeit (5) in den Prozessraum (2) derart, dass beim vorgesehenen Fragmentierungs- bzw. Vorschwächungsbetrieb der Bereich zwischen den beiden Elektroden mit zu fragmentierendem bzw. vorzuschwächendem Material (1) und Prozessflüssigkeit (5) gefüllt ist; und
    c) Fragmentieren bzw. Vorschwächen des Materials (1) im Prozessraum (2) durch Erzeugen von Hochspannungsentladungen zwischen den beiden Elektroden (3, 4),
    wobei während dem Fragmentieren bzw. Vorschwächen des Materials (1) Prozessflüssigkeit (5) aus dem Prozessraum (2) abgeführt wird und Prozessflüssigkeit (5) in den Prozessraum (2) zugeführt wird
    und wobei die zugeführte Prozessflüssigkeit (5) eine geringere elektrische Leitfähigkeit aufweist als die abgeführte Prozessflüssigkeit (5),
    dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitfähigkeit der im Prozessraum befindlichen Prozessflüssigkeit (5), die elektrische Leitfähigkeit der aus dem Prozessraum (2) abgeführten Prozessflüssigkeit (5) und/oder der Entladungswiderstand zwischen den zwei Elektroden (3, 4) ermittelt wird und in Abhängigkeit von den ermittelten Werten die Zuführung von Prozessflüssigkeit (5) in den Prozessraum und/oder, wo zutreffend, die Konditionierung der Prozessflüssigkeit (5) verändert, insbesondere geregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leitfähigkeit der zugeführten Prozessflüssigkeit (5) im Bereich zwischen 0.2 mikro-Siemens pro cm und 5000 mikro-Siemens pro cm ist.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ab- und Zuführen von Prozessflüssigkeit (5) gleichzeitig erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zu- und abgeführten Prozessflüssigkeitsvolumina im Wesentlichen identisch sind.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Zu- und/oder Abführen von Prozessflüssigkeit (5) kontinuierlich oder intervallweise erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die abgeführte Prozessflüssigkeit (5) einem Konditionierungsschritt unterzogen wird, in welchem ihre elektrische Leitfähigkeit reduziert wird, und sodann vollständig oder teilweise wieder dem Prozessraum (2) zugeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Prozessflüssigkeit (5) durch den Entzug von Ionen, durch Verdünnung mit Prozessflüssigkeit geringerer Leitfähigkeit, durch Entzug von Feinmaterial, durch Veränderung ihres pH-Wertes und/oder durch Hinzufügen von Komplexbildnern konditioniert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei der Prozessraum (2) zur Bildung eines Prozessflüssigkeitskreislaufes mit dem Ein- und Auslass einer Prozessflüssigkeitsaufbereitungsanlage zur Herabsetzung der elektrischen Leitfähigkeit der Prozessflüssigkeit (5) verbunden wird und Prozessflüssigkeit (5) in diesem Kreislauf zirkuliert wird, indem an einer ersten Stelle des Prozessraumes (2) Prozessflüssigkeit (5) aus dem Prozessraum entnommen und der Prozessflüssigkeitsaufbereitungsanlage zugeführt wird, in der Prozessflüssigkeitsaufbereitungsanlage in ihrer elektrischen Leitfähigkeit reduziert wird und sodann vollständig oder teilweise an einer zweiten Stelle des Prozessraumes (2) wieder dem Prozessraum (2) zugeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zuführung von Prozessflüssigkeit (5) derartig erfolgt, dass eine gezielte Einbringung der Prozessflüssigkeit (5) in die Reaktionszone (R) zwischen den beiden Elektroden (3, 4) resultiert.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zu- und Abführung von Prozessflüssigkeit (5) derartig erfolgt, dass die zugeführte Prozessflüssigkeit (5) die Reaktionszone zwischen den beiden Elektroden (3, 4) durchströmt, insbesondere von oben nach unten oder von unten nach oben oder in einer Richtung vom Zentrum der Reaktionszone (R) radial nach aussen.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Zuführung von Prozessflüssigkeit (5) über eine der Elektroden (3; 4) oder über beide Elektroden (3, 4) erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei eine Zuführung von Prozessflüssigkeit (5) über eine oder mehrere stirnseitig an der jeweiligen Elektrode (3) angeordnete Zuführungsöffnungen (6, 9, 10, 11) erfolgt, insbesondere über eine zentrale Zuführungsöffnung und/oder über mehrere konzentrisch um das Elektrodenzentrum angeordnete Zuführungsöffnungen.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei eine oder zwei stabförmige Elektroden (3) verwendet werden und eine Zuführung von Prozessflüssigkeit (5) über eine oder mehrere am Umfang der jeweiligen Elektrode (3) angeordnete Zuführungsöffnungen (6, 9, 10, 11) erfolgt, insbesondere über mehrere gleichmässig am Elektrodenumfang verteilte Zuführungsöffnungen.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei die Zuführung der Prozessflüssigkeit (5) zu den Zuführungsöffnungen (6, 9, 10, 11) über eine zentrale Zuführungsbohrung (7) in der jeweiligen Elektrode (3) erfolgt.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine oder zwei von einem Isolator (8) umgebene Elektroden (3) verwendet werden und eine Zuführung von Prozessflüssigkeit (5) über den Isolator (8) einer oder beider Elektroden (3) erfolgt.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei eine Zuführung von Prozessflüssigkeit (5) über eine oder mehrere stirnseitig am jeweiligen Isolator (8) angeordnete Zuführungsöffnungen (6, 9, 10, 11) erfolgt, insbesondere über mehrere konzentrisch um das Elektrodenzentrum angeordnete Zuführungsöffnungen (6, 9, 10, 11) am jeweiligen Isolator (8).
  17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Zuführung von Prozessflüssigkeit (5) über eine Anordnung von Zuströmdüsen (9), welche die jeweilige Elektrode (3, 4) oder deren Isolator (8) konzentrisch umgibt, erfolgt.
  18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Zuführung von Prozessflüssigkeit (5) über einen Ringspalt (10), welcher die jeweilige Elektrode (3) oder deren Isolator (8) konzentrisch umgibt, erfolgt.
  19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Prozessraum (2) bereitgestellt wird, bei dem die beiden Elektroden (3, 4) in Schwerkraftrichtung gesehen übereinander angeordnet sind und bei welchem die untere Elektrode (4) am Boden des Prozessraumes (2) gebildet ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Zuführung von Prozessflüssigkeit (5) über eine oder mehrere Zuführungsöffnungen (11) am Boden des Prozessraumes (2) erfolgt.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 20, wobei die Abführung von Prozessflüssigkeit (5) über eine oder mehrere Abführungsöffnungen (12) am Boden des Prozessraumes (2) erfolgt.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei ein Prozessraum bereitgestellt wird, bei dem die beiden Elektroden in Schwerkraftrichtung gesehen nebeneinander angeordnet sind und insbesondere, wobei beide Elektroden einen Isolator aufweisen und mit einem Potential ungleich dem Massenpotential beaufschlagt werden.
  23. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zum Abführen von Prozessflüssigkeit (5) aus dem Prozessraum (2) und zum Entnehmen von fraktioniertem bzw. vorgeschwächtem Material (1) aus dem Prozessraum (2) unterschiedliche Öffnungen (12; 13) verwendet werden.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei fragmentiertes bzw. vorgeschwächtes Material über eine, insbesondere zentrale, oder über mehrere Entnahmeöffnungen (13) am Boden des Prozessraumes (2) entnommen wird.
  25. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei kontinuierlich oder batchweise zu fragmentierendes bzw. vorzuschwächendes Material (1) dem Prozessraum (2) zugeführt und kontinuierlich oder batchweise fragmentiertes bzw. vorgeschwächtes Material aus dem Prozessraum (2) abgeführt wird.
  26. Verfahren, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, zur Fragmentierung und/oder Vorschwächung von Material (1), insbesondere von Gesteinsmaterial oder Erz, mittels Hochspannungsentladungen, umfassend die Schritte:
    a) Bereitstellen eines Prozessraumes (2) mit einer zwischen zwei sich mit einem Elektrodenabstand gegenüberstehenden Elektroden (3, 4) gebildeten Hochspannungsentladungsstrecke;
    b) Einbringen des zu fragmentierenden bzw. vorzuschwächenden Materials (1) und einer Prozessflüssigkeit (5) in den Prozessraum (2) derart, dass beim vorgesehenen Fragmentierungs- bzw. Vorschwächungsbetrieb der Bereich zwischen den beiden Elektroden (3, 4) mit zu fragmentierendem bzw. vorzuschwächendem Material (1) und Prozessflüssigkeit (5) gefüllt ist; und
    c) Fragmentieren bzw. Vorschwächen des Materials (1) im Prozessraum (2) durch Erzeugen von Hochspannungsentladungen zwischen den beiden Elektroden (3, 4),
    wobei kontinuierlich oder batchweise zu fragmentierendes bzw. vorzuschwächendes Material (1) in den Prozessraum (2) eingebracht wird und kontinuierlich oder batchweise Material aus dem Prozessraum (2) abgeführt wird,
    wobei zumindest ein Teil des aus dem Prozessraum (2) abgeführten Materials (1) wieder in den Prozessraum (2) eingebracht wird, nachdem es einen weiteren Prozessschritt ausserhalb des Prozessraumes (2) durchlaufen hat und wobei der weitere Prozessschritt ein Spülen des wieder in den Prozessraum (2) einzubringenden Materials mit einer ersten Spülflüssigkeit umfasst, insbesondere mit einer ersten Spülflüssigkeit mit einer geringeren Leitfähigkeit als die im Prozessraum befindliche Prozessflüssigkeit,
    dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitfähigkeit der zum Spülen verwendeten ersten Spülflüssigkeit ermittelt wird und in Abhängigkeit von den ermittelten Werten die Zuführung der zum Spülen verwendeten ersten Spülflüssigkeit und/oder, wo zutreffend, die Konditionierung der ersten Spülflüssigkeit verändert, insbesondere geregelt wird.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei zwischen dem Ende des Spülens des Materials mit der ersten Spülflüssigkeit und dem anschliessenden erneuten Einbringen des Materials in den Prozessraum (2) oder der Beaufschlagung des Materials mit Hochspannungsentladungen im Prozessraum (2) weniger als 5 Minuten, insbesondere weniger als 3 Minuten vergehen.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 27, wobei die zum Spülen verwendete erste Spülflüssigkeit gleichartig, insbesondere identisch ist mit der in den Prozessraum (2) eingebrachten Prozessflüssigkeit (5).
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei die zum Spülen verwendete erste Spülflüssigkeit in einem Kreislauf zirkuliert wird und kontinuierlich oder zeitweise durch den Entzug von Ionen, durch Verdünnung mit Spülflüssigkeit geringerer Leitfähigkeit, durch Entzug von Feinmaterial, durch Veränderung ihres pH-Wertes und/oder durch Hinzufügen von Komplexbildnern konditioniert wird.
  30. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei das aus dem Prozessraum (2) abgeführte Material, insbesondere durch Sieben, in Grobmaterial und Feinmaterial aufgeteilt wird und lediglich das Grobmaterial wieder in den Prozessraum (2) eingebracht wird.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die durch die Aufteilung in Grobmaterial und Feinmaterial erhaltene Menge Grobmaterial grösser ist als die erhaltene Menge Feinmaterial.
  32. Verfahren, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, zur Fragmentierung und/oder Vorschwächung von Material (1), insbesondere von Gesteinsmaterial oder Erz, mittels Hochspannungsentladungen, umfassend die Schritte:
    a) Bereitstellen eines Prozessraumes (2) mit einer zwischen zwei sich mit einem Elektrodenabstand gegenüberstehenden Elektroden (3, 4) gebildeten Hochspannungsentladungsstrecke;
    b) Einbringen des zu fragmentierenden bzw. vorzuschwächenden Materials (1) und einer Prozessflüssigkeit (5) in den Prozessraum (2) derart, dass beim vorgesehenen Fragmentierungs- bzw. Vorschwächungsbetrieb der Bereich zwischen den beiden Elektroden (3, 4) mit zu fragmentierendem bzw. vorzuschwächendem Material (1) und Prozessflüssigkeit (5) gefüllt ist; und
    c) Fragmentieren bzw. Vorschwächen des Materials (1) im Prozessraum (2) durch Erzeugen von Hochspannungsentladungen zwischen den beiden Elektroden (3, 4),
    wobei das in den Prozessraum (2) eingebrachte Material (1) vorgängig zum Fragmentieren bzw. Vorschwächen mit einer zweiten Spülflüssigkeit gespült wird, insbesondere mit einer zweiten Spülflüssigkeit mit einer geringeren Leitfähigkeit als die beim Fragmentieren bzw. Vorschwächen im Prozessraum (2) befindliche Prozessflüssigkeit (5),
    dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitfähigkeit der zum Spülen verwendeten zweiten Spülflüssigkeit ermittelt wird und in Abhängigkeit von den ermittelten Werten die Zuführung der zum Spülen verwendeten zweiten Spülflüssigkeit und/oder, wo zutreffend, die Konditionierung der zweiten Spülflüssigkeit verändert, insbesondere geregelt wird.
  33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Spülen mit der zweiten Spülflüssigkeit innerhalb oder ausserhalb des Prozessraumes (2) erfolgt.
  34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Spülen mit der zweiten Spülflüssigkeit ausserhalb des Prozessraumes (2) erfolgt und wobei zwischen dem Ende des Spülens des Materials mit der zweiten Spülflüssigkeit und dem Einbringen des Materials in den Prozessraum (2) oder der Beaufschlagung des Materials mit Hochspannungsentladungen im Prozessraum weniger als 5 Minuten, insbesondere weniger als 3 Minuten vergehen.
  35. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 34, wobei die zum Spülen verwendete zweite Spülflüssigkeit gleichartig, insbesondere identisch ist mit der beim Fragmentieren bzw. Vorschwächen im Prozessraum (2) befindlichen Prozessflüssigkeit (5).
  36. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 35, wobei die zum Spülen verwendete zweite Spülflüssigkeit in einem Kreislauf zirkuliert wird und kontinuierlich oder zeitweise durch den Entzug von Ionen, durch Verdünnung mit Spülflüssigkeit geringerer Leitfähigkeit, durch Entzug von Feinmaterial, durch Veränderung ihres pH-Wertes und/oder durch Hinzufügen von Komplexbildnern konditioniert wird.
  37. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Prozessflüssigkeit Wasser verwendet wird.
  38. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als zu fragmentierendes und/oder vorzuschwächendes Material (1) ein Edelmetall- oder Halbedelmetall-Erz verwendet wird, insbesondere ein Kupfer-Erz oder ein Kupfer/Gold-Erz.
  39. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine insbesondere mechanische Zerkleinerung des aus dem Verfahren hervorgehenden fragmentierten und/oder vorgeschwächten Materials erfolgt.
  40. Hochspannungselektrode (3) für einen Prozessraum (2) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend einen Isolatorkörper (8) mit einem zentralen Leiter (14), an dessen Arbeitsende, welches axial aus dem Isolatorkörper (8) hervorragt, eine Elektrodenspitze (15) angeordnet ist, wobei der zentrale Leiter (14) und/oder der Isolator (8) am Arbeitsende eine oder mehrere Zuführungsöffnungen (6, 9, 10, 11) aufweist oder aufweisen, welche in einen oder mehrere Zuführungskanäle (7) einmünden, über welche diese von einem dem Arbeitsende fernen Ort, insbesondere vom Nicht-Arbeitsende der Hochspannungselektrode (3) her, mit Prozessflüssigkeit (5), insbesondere Wasser, gespeist werden können,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Isolatorkörper (8) von einem weiteren Bauteil (17) umgeben ist, welches als solches oder zusammen mit dem Isolatorkörper (8) einen stirnseitigen Ringspalt (10) bildet, welcher vom einem dem Arbeitsende fernen Ort, insbesondere vom Nicht-Arbeitsende her, mit Prozessflüssigkeit (5), insbesondere Wasser, gespeist werden kann.
  41. Hochspannungselektrode (3) nach Anspruch 40, wobei der zentrale Leiter (14) an seinem Arbeitsende eine oder mehrere stirnseitig angeordnete Zuführungsöffnungen (6) aufweist, insbesondere eine zentrale Zuführungsöffnung (6) und/oder mehrere konzentrisch um das Elektrodenzentrum herum angeordnete Zuführungsöffnungen (6).
  42. Hochspannungselektrode (3) nach einem der Ansprüche 40 bis 41, wobei der zentrale Leiter (14) im Bereich seines arbeitsendseitigen Austritts aus dem Isolatorkörper (8) an seinem Aussenumfang einen umlaufenden, radialen Wulst (16) aufweist und insbesondere, dass die Stirnseite dieses Wulstes (16) Zuführungsöffnungen (6) aufweist.
  43. Hochspannungselektrode (3) nach einem der Ansprüche 40 bis 42, wobei der zentrale Leiter an seinem Arbeitsende eine oder mehrere an seinem Umfang angeordnete Zuführungsöffnungen aufweist, welche insbesondere gleichmässig an seinem Umfang verteilt sind.
  44. Hochspannungselektrode (3) nach einem der Ansprüche 40 bis 43, wobei der zentrale Leiter (14) zur Zuführung der Prozessflüssigkeit (5) zu den Zuführungsöffnungen (6) einen zentralen Zuführungskanal (7) aufweist.
  45. Hochspannungselektrode (3) nach einem der Ansprüche 40 bis 44, wobei der Isolatorkörper (8) an seiner arbeitsendseitigen Stirnfläche eine oder mehrere Zuführungsöffnungen (6) aufweist, insbesondere mehrere konzentrisch um das Elektrodenzentrum herum angeordnete Zuführungsöffnungen (6).
  46. Hochspannungselektrode (3) nach einem der Ansprüche 40 bis 45, wobei der Isolatorkörper (8) von einem weiteren Bauteil umgeben ist, welches eine Anordnung von Zuströmdüsen bildet, welche vom einem dem Arbeitsende fernen Ort, insbesondere vom Nicht-Arbeitsende her, mit Prozessflüssigkeit (5), insbesondere Wasser, gespeist werden können.
  47. Hochspannungselektrode (3) nach einem der Ansprüche 40 bis 46, wobei die Elektrodenspitze (15) die Form einer Kugelkalotte oder eines Rotationsparaboloids aufweist.
  48. Hochspannungselektrode (3) nach einem der Ansprüche 40 bis 47, wobei der zentrale Leiter (14) aus Metall, insbesondere aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder einem Edelstahl ist.
  49. Prozessraum (2) mit einer Hochspannungselektrode (3) nach einem der Ansprüche 40 bis 48 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 39.
  50. Prozessbehälter bildend einen insbesondere geschlossenen Prozessraum (2) nach Anspruch 49.
  51. Anlage zur Fragmentierung und/oder Vorschwächung von Material (1), insbesondere von Gesteinsmaterial oder Erz, mittels Hochspannungsentladungen, umfassend einen Prozessbehälter nach Anspruch 50 sowie einen Hochspannungsimpulsgenerator zur Erzeugung von Hochspannungsentladungen in dem vom Prozessbehälter gebildeten Prozessraum (2).
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