EP4584025B1 - Elektrostatischer sichter in der mechano-chemischen aktivierung - Google Patents

Elektrostatischer sichter in der mechano-chemischen aktivierung

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EP4584025B1
EP4584025B1 EP24783263.7A EP24783263A EP4584025B1 EP 4584025 B1 EP4584025 B1 EP 4584025B1 EP 24783263 A EP24783263 A EP 24783263A EP 4584025 B1 EP4584025 B1 EP 4584025B1
Authority
EP
European Patent Office
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fraction
activation
size
activated
mill
Prior art date
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Active
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EP24783263.7A
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EP4584025C0 (de
EP4584025A1 (de
Inventor
Hendrik MÖLLER
Andreas Hamm
Oliver Maier
Jan STROTMANN
Carsten Sachse
Sergej Ratzlaff
Justus KÖSTERS
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ThyssenKrupp AG
Thyssenkrupp Polysius GmbH
Schwenk Zement GmbH and Co KG
Original Assignee
Schwenk E Baustoffwerke KG
ThyssenKrupp AG
Thyssenkrupp Polysius GmbH
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Publication date
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Priority claimed from DE102023133380.1A external-priority patent/DE102023133380A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • 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
    • B02C23/08—Separating or sorting of material, associated with crushing or disintegrating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • 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
    • B02C23/08—Separating or sorting of material, associated with crushing or disintegrating
    • B02C23/10—Separating or sorting of material, associated with crushing or disintegrating with separator arranged in discharge path of crushing or disintegrating zone
    • B02C23/12—Separating or sorting of material, associated with crushing or disintegrating with separator arranged in discharge path of crushing or disintegrating zone with return of oversize material to crushing or disintegrating zone

Definitions

  • the invention relates to a method using an electrostatic classifier in mechano-chemical activation for separating the activated fraction.
  • Steps d) and e) logically run in parallel.
  • mechano-chemical activation requires increased energy expenditure beyond that of conventional fine grinding, which requires a mill with a high energy density, and mechano-chemical activation is carried out with an energy input per grinding chamber volume of at least 100 kW/ m3 , preferably at least 200 kW/ m3 .
  • the mechano-chemical activation takes place without the addition of water, i.e., not wet or in a slurry, but rather, in accordance with the drying process in step a), without the addition of moisture, which distinguishes it from traditional wet grinding processes.
  • a typical value for a ball mill, as an example of a fine mill, is usually closer to 20 kW/ m3 and This is significantly lower.
  • the grinding chamber volume is understood to be the volume available inside the first mill, i.e., the free volume when there is no material and, for example, no grinding media in the mill. Components belonging to the mill, such as a shaft that is arranged to move inside, are therefore not included in the grinding chamber volume, since this volume cannot be occupied by material.
  • Mechanochemical activation consists of three phases or stages: In the first stage, the particle size decreases (more or less linearly) with the amount of energy input (Rittinger zone). Simply put, the more you grind, the finer the product becomes. However, there is a limit to this, a particle size that is almost impossible to fall below. From this point on, a second stage begins, in which the particle size cannot be further changed with further energy input (activation and aggregation zone). In this stage, the destruction of crystallographic structures occurs through the breaking of atomic bonds; individual atoms or entire groups of atoms are replaced by other atoms or groups of other atoms.
  • the initial crystal structure, as well as the bond type and oxidation states of atoms, are altered due to high energy transfer and subsequent chemical reactions.
  • the transition from the first stage to the second stage, which is necessary for mechanochemical activation, is avoided in normal grinding, where only the creation of surfaces is expected.
  • a third stage can be reached, in which an increase in particle size can be observed again due to the agglomeration of nanoparticles (agglomeration zone), which has a positive effect on the workability of activated clay-cement concrete. This region is therefore much more likely to be avoided during grinding, as a better result in terms of particle size distribution can be achieved with less effort.
  • the key is separation in an electrostatic classifier, rather than, as previously, in a size-selective separation device. This allows the different charge behavior of the activated and non-activated particles to be utilized to separate them and thus obtain a pure activated fraction.
  • the mechanochemical activation in a mill leads to electrostatic charging of the activated particles in the mill, which can then be separated in the electrostatic classifier. This creates a synergistic effect between the mechanochemical activation in step a) and the separation in step c).
  • a size-selective separation is carried out in a second separation device between step a) and step b).
  • the coarse fraction from the size-selective separation is then transferred to the electrostatic classifier in step b).
  • the fine fraction from the size-selective separation is returned to step a).
  • a size-selective separation is carried out first, as before, followed by the electrostatic separation.
  • the activity of the product can be increased, thus increasing its usability as a cement additive, reducing the demand for clinker and thus reducing the total amount of CO2 produced for the production of cement.
  • a device for carrying out the method according to the invention is shown. This means that the device must actually be suitable for carrying out the method.
  • Many mills are only designed to operate in the first range, which has a nearly linear relationship between the input grinding energy and particle size, and are therefore not designed to achieve the high energy inputs required for mechano-chemical activation.
  • the device is used for mechano-chemical activation. Conventionally, activation is thermal, with the mineral material being heated to, for example, 900°C to 1000°C.
  • the objective of activation is achieved in mechano-chemical activation through very intensive grinding, whereby significantly more energy is input than is required for comminution. In this range of mechanical activation, particle growth can be observed through grinding.
  • the device comprises a mill.
  • size-selective separators are used as the first separation device. Since the mill operates in a range where particle growth can be detected due to the energy input, the coarse fraction is the activated fraction, and the fine fraction is the non-activated fraction.
  • the first separation device is an electrostatic separator.
  • the electrostatic separator has a first outlet for charged particles and a second outlet for discharged particles.
  • Discharge in the sense of the invention, refers to uncharged or non-charged particles.
  • One outlet is connected to the product outlet. and the second outlet is connected to a return line.
  • the return line is connected to the mill's material inlet.
  • the device has a second separation device.
  • the second separation device is a size-selective separation device.
  • a size-selective separation device are a normal classifier, a cyclone, or even a sieve.
  • Such a size-selective separation device serves to separate a material stream into a coarse fraction (e.g., on top of the sieve) and a fine fraction (beneath the sieve).
  • Each size-selective separation device has a different separation size and separation efficiency, so that although it is fundamentally impossible to say what is coarse or fine, in a specific case with a specific size-selective separation device this is unambiguously and immediately clear.
  • the second separation device has a fine outlet and a coarse outlet. The fine outlet discharges the fine fraction, and the coarse outlet discharges the coarse fraction.
  • the second separation device is arranged downstream of the first separation device in the material flow.
  • the first outlet of the first separation device is connected to the second separation device.
  • the coarse outlet is connected to the product outlet. Therefore, only the largest activated particles are discharged as product, as these have the highest activity.
  • the fine outlet is connected to the mill's material inlet. This material is therefore returned as insufficiently activated.
  • the second separation device is positioned upstream of the first separation device in the material flow.
  • all material originating from the mill is first separated by size and only then electrostatically.
  • the material outlet of the mill is therefore connected to the second separation device.
  • the coarse outlet is connected to the first separation device to separate the non-activated, barely crushed particles from the activated and regrown particles.
  • the fine outlet is connected to the material inlet of the mill.
  • the invention relates to the use of an electrostatic separator for separating activated particles from non-activated particles after mechanochemical activation in a mill.
  • an electrostatic separator for separating activated particles from non-activated particles after mechanochemical activation in a mill.
  • this has surprisingly proven to be a very suitable separation method, which can, in particular, prevent the unwanted discharge of coarse starting material as product.
  • Fig. 2 shows the first alternative, in which the second separation device 50 is arranged downstream of the first separation device 20.
  • the charged particles from the first separation device are transferred from the first outlet 22 to the second separation device 50, where they are separated by size into a coarse fraction and a fine fraction.
  • the coarse fraction is fed to the product outlet 30 via the coarse outlet 54, and the fine fraction is fed via the fine outlet 52, and is returned, for example, to the material inlet 12 of the mill 10 via the return line 40.
  • Fig. 3 The second alternative is shown, in which the second separation device 50 is arranged between the mill 10 and the first separation device 20.
  • the activated material from the mill 10 is transferred through the material outlet 14 into the second separation device 50, where it is separated into a coarse fraction and a fine fraction.
  • the fine fraction is fed back to the material inlet 12 of the mill 10 via the fine outlet 52 and, for example, the return line 40.
  • the coarse fraction is fed through the coarse outlet 54 to the first separation device 20.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren unter Verwendung eines elektrostatischen Sichters bei der mechano-chemischen Aktivierung zur Abtrennung der aktivierten Fraktion.
  • Insbesondere im Bereich der Zementindustrie haben sich aktivierte Tone als Zusatzstoff etabliert. Der derzeit übliche Weg ist die Trocknung und Calcinierung der Tone, also eine thermische Aktivierung. Hierbei wird zum einen Energie für die Erwärmung benötigt, zum anderen kann die hohe Temperatur auch weitere Stoffveränderungen bewirken, die gegebenenfalls unerwünscht sind. Ferner erfordert der thermische Prozess häufig eine Rauchgasreinigung z.B. zur Abscheidung der entstehenden Stickoxid- und Schwefeloxid-Emissionen. Außerdem erfordert der thermische Prozess künftig den Einsatz von Verfahren zur Abscheidung und gegebenenfalls Reinigung des erzeugten beziehungsweise freigesetzten Kohlendioxids.
  • Um Klinker und damit Kohlendioxidemissionen zu sparen, werden heute Zementzuschlagstoffe verwendet. Gemäß DIN EN 450-1 beschreibt der Aktivitätsindex das Verhältnis (in %) der Druckfestigkeiten von im gleichen Alter geprüften genormten Mörtelprismen, die einen Massenanteil von 75 % Prüfzement und einen Massenanteil von 25 % Zementzuschlagstoff enthalten, und ausschließlich mit Prüfzement hergestellten genormten Mörtelprismen. Als Prüfzement dient ein Portlandzement (Typ CEM I) der Festigkeitsklasse 42,5 oder höher. Der zu bewertende Zementzuschlagstoff (englisch: "Supplementary Cementitious Material", SCM) kann dabei weniger leistungsfähig oder leistungsfähiger als der Prüfzement sein. Ein als inert anzusehendes SCM, wie beispielsweise Kalkstein, führt zu einem Aktivitätsindex von 75 %, das heißt das SCM liefert keinen Beitrag zur Festigkeitsentwicklung. Perfomante SMCs wie granulierte Hochofenschlacken können aber auch Aktivitätswerte von mehr als 100 bis hin zu etwa 120 erzielen. Wenn der Aktivitätsindex bei mehr als 100 liegt, bedeutet dies, dass der Klinkeranteil im Bindemittel noch weiter reduziert werden kann, nämlich genau um den Anteil, der notwendig ist, um wieder einen Aktivitätsindex von 100 zu erhalten. Der Klinkeranteil wird dabei üblicherweise von einem inerten, fein aufgemahlenen Füllmittel wie Kalkstein ersetzt, der in der Herstellung erheblich günstiger ist als Klinker.
  • Daher wird zunehmend die sogenannte mechano-chemische Aktivierung durch intensives Mahlen diskutiert. Mit dem Prozess der mechano-chemischen Aktivierung können Zementzuschlagstoffe hergestellt werden, mit denen wahlweise andere sekundäre zementartige Materialien, also SCMs, ersetzt werden können. SCMs besitzen idealerweise puzzolanische, latent hydraulische oder sogar hydraulische Eigenschaften, sodass diese Materialien einen Beitrag zur Festigkeitsentwicklung beim Anmachen des fertigen Bindemittels mit Wasser aufweisen. Inerte Stoffe wie Kalkstein weisen diese zusätzlich Festigkeitsentwicklung beim Anmachen mit Wasser nicht auf.
  • Bei der mechano-chemischen Aktivierung bleibt zuvor kristallin gebundenes Wasser zum Beispiel als Inner-Schichten-Wasser im mineralischen Material erhalten (Xero-Gele). Diese Differenzierung zu thermisch aktivierten Materialien ist ein wesentliches Qualitätsmerkmal mechano-chemisch aktivierter Stoffe bei der Verwendung als Zementzuschlagstoff, da hieraus verbesserte Bindemittel-Eigenschaften, insbesondere ein niedriger Wasserbedarf, resultieren. Dies hat verbessernde Auswirkung auf zum Beispiel Festigkeitsentwicklung und Verarbeitung des Bindemittel-enthaltenden Mörtels oder Betons, ohne dass teure Zementadditive wie Superplasticizer eingesetzt werden müssen.
  • Aus der nachveröffentlichten DE 10 2023 106 210 ist ein Verfahren zur Mahlung und puzzolanischen Aktivierung in einer Rührwerkskugelmühle bekannt.
  • Aus der nachveröffentlichten DE 10 2023 106 217 ist ein Verfahren zur Mahlung und puzzolanischen Aktivierung in zwei separaten Stufen einer Rührwerkskugelmühle bekannt.
  • Aus der nachveröffentlichten DE 10 2023 106 221 ist die Kombination aus mechanochemischer und thermischer Aktivierung in wenigstens einer Rührwerkskugelmühle bekannt.
  • Aus der nachveröffentlichten DE 10 2023 106 222 ist die Farboptimierung bei der mechano-chemischen Aktivierung von Tonen bekannt.
  • Aus der nachveröffentlichten DE 10 2023 123 525 ist ein Zementzusatzstoff aus Altbeton bekannt.
  • Ein Vorteil der mechano-chemischen Aktivierung ist, dass auch Tone mit einem geringeren Kaolin-Gehalt mechano-chemisch aktiviert werden können, welche nicht für die thermische Aktivierung geeignet sind. Dieses verbreitert die zur Verfügung stehende Rohstoffbasis.
  • Da es sich bei Tonen um ein komplexes System handelt (insbesondere im Vergleich zum Brennen von Kalkstein), führen unterschiedliche Aktivierungsverfahren zu unterschiedlichen Produkten (aktivierten Tonen) mit unterschiedlichen Eigenschaften. Ebenso führt die Unterschiedlichkeit der verwendbaren Tone dazu, dass nicht jedes Verfahren für jeden Ton verwendbar ist.
  • Die mechano-chemische Aktivierung unterscheidet sich grundlegend von der thermischen Aktivierung, was das Verständnis der Vorgänge angeht. Während die thermische Aktivierung hauptsächlich von Temperatur und Zeit bestimmt wird, erscheint die mechano-chemische Aktivierung in einer Mühle wesentlich komplexer und von wesentlich mehr Parametern abhängig. Des Weiteren wird ein großer Teil der eingebrachten Mahlenergie in Wärme umgesetzt.
  • Um die Aktivierung effizient zu betreiben, stellt sich somit die Herausforderung, aktivierte von noch nicht aktivierten Partikeln zu trennen, um möglichst die noch nicht aktivierten Partikel zurück führen zu können. Bei der mechano-cmemischen Aktivierung werden in einem vorgelagerten Schritt die Primärpartikel zunächst zerkleinert, bis praktisch kein Mahlfortschritt mehr eintritt (Rittinger-Stage). Daran schließt sich die Aktivierung an, bei der es zu Änderungen im Kristallgefüge bis hin zur Amorphisierung der (Ton-)Minerale kommt. Des Weiteren können Agglomerations- und Aggregationseffekte der Partikel beobachtet werden, was sich in einer Abnahme der spezifischen Oberfläche widerspiegelt. Das übliche Konzept, die Abtrennung von feinen Produktpartikeln und groben Grießen, lässt sich hier daher nicht anwenden. Das erfindungsgemäße Konzept sieht daher vor, die größten Partikel als aktiviert anzusehen und abzutrennen, die feinsten Partikel als nicht aktiviert anzusehen und zurückzuführen.
  • Aus der EP 1 888 243 B1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung disperser mineralischer Produkte bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine zuverlässige Abtrennung von bereits aktivierten und noch nicht aktivierten Partikeln bei der mechano-chemischen Aktivierung bereitzustellen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mechano-chemischen Aktivierung. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
    1. a) Mechano-chemische Aktivierung in einer Mühle,
    2. b) Überführen des aktivierten Materials in einen elektrostatischen Sichter,
    3. c) Trennen des Materials im elektrostatischen Sichter in eine geladene Fraktion und eine entladene Fraktion,
    4. d) Überführen der geladenen Fraktion zum Produktauslass,
    5. e) Rückführung der entladenen Fraktion zur erneuten mechano-chemischen Aktivierung.
  • Die Schritte d) und e) verlaufen hierbei logischer Weise parallel.
  • Wesentlich ist, dass die Amorphisierung durch die mechano-chemische Aktivierung mineralischer Materialien, insbesondere Tonmineralen, einen erhöhten Energieaufwand erfordert, der über die übliche Feinmahlung hinausgeht, was eine Mühle mit hoher Energiedichte erfordert, und mechano-chemische Aktivieren mit einem Energieeintrag pro Mahlraumvolumen von wenigstens 100 kW / m3, bevorzugt wenigstens 200 kW/m3, durchgeführt wird. Hierbei erfolgt das mechano-chemische Aktivieren ohne Wasserzugabe, also nicht nass beziehungsweise in einem Schlamm, sondern entsprechend der Trocknung in Schritt a) ohne Feuchtigkeitszugabe, wodurch es sich von den klassischen Nassmahlverfahren unterscheidet. Ein üblicher Wert für eine Kugelmühle als Beispiel einer Feinstmühle liegt üblicherweise eher bei 20 kW / m3 und somit deutlich niedriger. Hierbei ist als das Mahlraumvolumen das im Inneren der ersten Mühle zur Verfügung stehende Volumen zu verstehen, also das freie Volumen, wenn kein Material und beispielsweise auch keine Mahlkörper in der Mühle sind. Zur Mühle gehörende Bauteile, zum Beispiel eine Welle, die im Inneren beispielsweise beweglich angeordnet ist, zählt somit nicht zum Mahlraumvolumen, da dieses Volumen eben nicht durch Material einnehmbar ist.
  • Die mechano-chemische Aktivierung besteht aus drei Phasen beziehungsweise Stadien: Im ersten Stadium sinkt die Partikelgröße (mehr oder weniger linear) zum Energieeintrag (Rittinger-Zone). Vereinfacht ausgedrückt, je mehr man mahlt, um so feiner wird das Produkt. Hierfür gibt es jedoch eine Grenze, eine Partikelgröße, die kaum mehr zu unterschreiten ist. Ab diesem Punkt kommt eine zweite Stufe, bei der sich die Partikelgröße mit weiterem Energieeintrag nicht weiter verändern lässt (Aktivierungs- und Aggregations-Zone). In diesem Stadium kommt es zur Zerstörung von kristallographischen Strukturen durch Lösen von Atombindungen, einzelne Atome oder ganze Gruppen von Atomen werden durch andere Atome oder Gruppen anderer Atome ersetzt. Insbesondere auf den Partikeloberflächen wird die anfängliche Kristallstruktur, sowie Bindungstyp und Oxidationsstufen von Atomen, aufgrund hoher Energieübertragung und nachfolgende chemische Reaktionen, verändert.. Aus wirtschaftlichen Gründen vermeidet man daher bei einer normalen Vermahlung, wo nur die Schaffung von Oberflächen erwartet wird, den Übergang von der ersten Stufe zur zweiten Stufe, die jedoch für die mechano-chemische Aktivierung notwendig ist.. Erhöht man die Energiezufuhr noch weiter, so kann eine dritte Stufe erreicht werden, bei der aufgrund der Agglomeration von Nanopartikeln wieder ein Ansteigen der Partikelgröße feststellbar ist (Agglomerations-Zone), was sich positiv auf die Verarbeitbarkeit von aktiviertem Tonzementbeton auswirkt. Dieser Bereich wird bei einer Vermahlung daher noch viel eher vermieden, da mit geringerem Aufwand ein besseres Ergebnis in Bezug auf die Partikelgrößenverteilung erzielt werden kann.
  • Es hat sich jedoch herausgestellt, dass es bei hohen Energieeinträgen, also in der zweiten Stufe, zu Veränderungen des Materials selbst kommt, die beispielsweise bei Tonen, ebenso wie eine thermische Aktivierung, zu einer Aktivierung führt, also zu einer Reaktivität, die die Verwendung als Bindemittel (und damit als Klinkerersatz) ermöglicht.
  • Daher kann bei derart hohen Energieeinträgen auf eine anschließende thermische Behandlung verzichtet werden.
  • Wesentlich ist die Trennung in einem elektrostatischen Sichter und nicht wie bisher in einer größenselektiven Trennvorrichtung. Dadurch kann das unterschiedliche Ladungsverhalten der aktivierten und der nicht aktivierten Partikel genutzt werden, um diese zu trennen und so eine reine aktivierte Fraktion zu erhalten. Durch die mechano-chemische Aktivierung in einer Mühle kommt es in der Mühle zur elektrostatischen Aufladung der aktivierten Partikel, die dann im Anschluss im elektrostatischen Sichter abgetrennt werden können. Es ergibt sich somit ein Synergieeffekt zwischen der mechano-chemischen Aktivierung in Schritt a) und der Trennung in Schritt c).
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Alternative wird zwischen Schritt a) und Schritt b) eine größenselektive Trennung in einer zweiten Trennvorrichtung durchgeführt. Die Grobfraktion der größenselektiven Trennung wird dann in Schritt b) in den elektrostatischen Sichter überführt. Die Feinfraktion der größenselektiven Trennung wird wieder dem Schritt a) zugeführt. Es wird also zunächst eine größenselektive Trennung wie bisher durchgeführt und dann anschließend die elektrostatische Trennung.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer zweiten Alternative wird zwischen Schritt c) und Schritt d) eine größenselektive Trennung der geladenen Fraktion in einer zweiten Trennvorrichtung durchgeführt. Nur die Grobfraktion der größenselektiven Trennung, welche die am besten aktivierten Partikel enthält, wird in Schritt d) dem Produktauslass zugeführt. Die Feinfraktion wird der größenselektiven Trennung wieder dem Schritt a) zugeführt. Es wird also zunächst die elektrostatische Trennung durchgeführt und dann in einem zweiten Schritt durch die größenselektive Trennung die kleinen, am wenigsten aktivierten Partikel abgetrennt und zur weiteren Aktivierung zurückgeführt.
  • Insgesamt lässt sich somit also die Aktivität des Produktes steigern und damit die Verwendbarkeit als Zementzusatzstoff steigern und damit der Bedarf an Klinker senken und somit die Gesamtmenge des für die Herstellung von Zement erzeugten CO2 reduzieren.
  • Weiter ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Dieses bedeutet, dass die Vorrichtung eben tatsächlich für die Durchführung des Verfahrens geeignet sein muss. Viele Mühlen sind eben nur dazu ausgebildet, im ersten Bereich, welcher einen nahezu linearen Zusammenhang zwischen eingetragener Mahlenergie und Partikelgröße aufweist, zu arbeiten und sind daher nicht ausgebildet, derart hohe Energieeinträge zu erreichen, die für eine mechano-chemische Aktivierung nötig sind.. Die Vorrichtung dient zur mechano-chemischen Aktivierung. Herkömmlicherweise erfolgt die Aktivierung thermisch, wobei das mineralische Material beispielsweise auf 900 °C bis 1000 °C erhitzt wird. Das Ziel der Aktivierung wird bei der mechano-chemischen Aktivierung durch sehr intensives Mahlen erreicht, wobei wesentlich mehr Energie eingetragen wird, als für die Zerkleinerung benötigt wird. In diesem Bereich der mechanischen Aktivierung ist vielmehr durch das Mahlen ein Partikelwachstum feststellbar. Die Vorrichtung weist eine Mühle auf. Bevorzugt ist die Mühle eine Rührwerkskugelmühle. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise aus der DE 10 2023 106 210 , der DE 10 2023 106 217 , der DE 10 2023 106 221 , der DE 10 2023 106 222 oder der DE 10 2023 123 525 bekannt. Diese an sich bekannten Vorrichtungen werden fortgebildet, um diese zu verbessern. Die Vorrichtung weist eine Mühle auf. Bevorzugt ist die Mühle eine Rührwerkskugelmühle. Die Mühle weist einen Materialeinlass und einen Materialauslass auf. Die Vorrichtung weist eine der Mühle im Materialstrom nachgelagerte erste Trennvorrichtung auf. Die Vorrichtung weist einen der ersten Trennvorrichtung im Materialstrom nachgelagerten Produktauslass auf.
  • Üblicherweise werden als erste Trennvorrichtung größenselektive Trennvorrichtungen verwendet. Da hier die Mühle in einem Bereich betrieben wird, in dem durch den Energieeintrag ein Partikelwachstum feststellbar ist, ist die Grobfraktion die aktivierte Fraktion und die Feinfraktion die noch nicht aktivierte Fraktion.
  • Erfindungsgemäß ist die erste Trennvorrichtung ein elektrostatischer Sichter. Der elektrostatische Sichter weist einen ersten Ausgang für geladene Partikel und einen zweiten Ausgang für entladene Partikel auf. Entladen wird im Sinne der Erfindung auf für ungeladen oder nicht geladen verwendet. Ein Ausgang ist mit dem Produktauslass verbunden und der zweite Ausgang ist mit einer Rückführungsleitung verbunden. Die Rückführungsleitung ist mit dem Materialeinlass der Mühle verbunden.
  • Es hat sich überraschend herausgestellt, dass die in einem elektrostatischen Sichter verwendete Trennung wesentlich besser aktivierte und noch nicht aktivierte Partikel zu trennen vermag. Die Fraktion, welche die geladenen Partikel aufweist, hat sich hierbei als reaktiver und somit als die bereits aktivierten Partikel aufweisende Fraktion herausgestellt. Damit umgeht diese Trennung ein wesentliches Problem. Bei der größenselektiven Trennung kann eben nicht zwischen groben Partikeln, die noch nicht einmal vollständig gemahlen sind (also aus der ersten Stufe der Mahlung mit einem etwa linearen Zusammenhang zwischen Mahlenergie) und den bereits aktivierten und daher bereits wieder gewachsenen bzw. agglomerierten Partikeln (also aus der dritten Stufe, Anstieg der Partikelgröße bei weiterem Eintrag von Mahlenergie) unterschieden werden. Daher verblieb gerade die schlechteste Fraktion in der Produktfraktion. Dieser Nachteil kann durch die Verwendung eines elektrostatischen Sichters überkommen werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine zweite Trennvorrichtung auf. Die zweite Trennvorrichtung ist eine größenselektive Trennvorrichtung. Beispiele für eine größenselektive Trennvorrichtung sind ein normaler Sichter, ein Zyklon oder auch ein Sieb. Eine solche größenselektive Trennvorrichtung dient dazu einen Materialstrom in eine Grobfraktion (beispielsweise oben auf dem Sieb) und eine Feinfraktion (unter dem Sieb) zu trennen. Hierbei hat jede größenselektive Trennvorrichtung eine andere Trenngröße und Trennschärfe, sodass zwar grundsätzlich nicht gesagt werden kann, was grob oder fein ist, in einem konkreten Fall an einer konkreten größenselektiven Trennvorrichtung dieses aber eindeutig und unmittelbar klar ist. Die zweite Trennvorrichtung weist einen Feinauslass und einen Grobauslass auf. Der Feinauslass dient dem Austrag der Feinfraktion und der Grobauslass dem Austrag der Grobfraktion.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in einer ersten Alternative die zweite Trennvorrichtung im Materialstrom der ersten Trennvorrichtung nachgelagert. Der erste Ausgang der ersten Trennvorrichtung ist mit der zweiten Trennvorrichtung verbunden. Es werden also nur die geladenen Partikel und damit die aktivierten Partikel der zweiten Trennvorrichtung zugeführt. Der Grobauslass ist mit dem Produktauslass verbunden. Es werden also nur die größten aktivierten Partikel als Produkt ausgegeben, da diese die höchste Aktivität aufweisen. Der Feinauslass ist mit dem Materialeinlass der Mühle verbunden. Dieses Material wird also als noch nicht auseichend aktiviert zurückgeführt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in einer zweiten Alternative die zweite Trennvorrichtung im Materialstrom der ersten Trennvorrichtung vorgelagert. Es wird also das gesamte aus der Mühle stammende Material zunächst größenselektiv und erst anschließend elektrostatisch getrennt. Der Materialauslass der Mühle ist daher mit der zweiten Trennvorrichtung verbunden. Der Grobauslass ist mit der ersten Trennvorrichtung verbunden, um die nicht aktivierten, kaum zerkleinerten Partikel von den aktivierten und wieder gewachsenen Partikeln zu trennen. Der Feinauslass ist mit dem Materialeinlass der Mühle verbunden.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines elektrostatischen Sichters zur Trennung von aktivierten Partikeln und nicht aktivierten Partikeln nach der mechano-chemischen Aktivierung in einer Mühle. Wie bereits ausgeführt, hat sich dieses überraschend als sehr geeignete Trennmethode erwiesen, welche insbesondere den ungewollten Austrag von groben Ausgangsmaterial als Produkt vermeiden kann.
  • Nachfolgend ist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
    • Fig. 1
    Grundform
    Fig. 2
    erste Alternative
    Fig. 3
    zweite Alternative
  • In Fig. 1 ist die Grundform gezeigt. Das zu aktivierende Material wird über den Materialeinlass 12 in die Mühle 10 eingebracht und dort derart intensiv vermahlen, dass es zu einer mechano-chemischen Aktivierung kommt, beispielsweise bei einem Energieeintrag von 600 kWh/t. Das aktivierte Material verlässt die Mühle 10 über den Materialauslass 14 und wird in die erste Trennvorrichtung 20, einen elektrostatischen Sichter, überführt. Hier erfolgt eine Trennung in geladene und ungeladene Partikel. Die geladenen Partikel verlassen die erste Trennvorrichtung über den ersten Ausgang und werden als fertiges aktiviertes Produkt dem Produktauslass 30 zugeführt, der beispielsweise ein Silo, eine Abfüllstation oder der Übergabepunkt zu einer weiteren Anlage sein kann. Die ungeladenen, noch nicht aktivierten Partikel verlassen die erste Trennvorrichtung 20 durch den zweiten Ausgang 24 und werden über die Rückführungsleitung 40 wieder zum Materialeinlass 12 der Mühle 12 geführt.
  • Fig. 2 und Fig. 3 zeigen die Kombination einer ersten Trennvorrichtung 20 in Form eines elektrostatischen Sichters mit einer zweiten Trennvorrichtung 50 in Form einer größenselektiven Trennvorrichtung, beispielsweise einem Zyklon. Zur Vereinfachung wird nur auf die Unterschiede zur Grundform im Folgenden eingegangen.
  • Fig. 2 zeigt die erste Alternative, in der die zweite Trennvorrichtung 50 hinter der ersten Trennvorrichtung 20 angeordnet ist. Somit werden die geladenen Partikel aus der ersten Trennvorrichtung vom ersten Ausgang 22 in die zweite Trennvorrichtung 50 überführt und dort größenselektiv in eine Grobfraktion und eine Feinfraktion getrennt. Die Grobfraktion wird über den Grobauslass 54 dem Produktauslass 30 zugeführt und die Feinfraktion über den Feinauslass 52 und wird beispielsweise über die Rückführungsleitung 40 dem Materialeinlass 12 der Mühle 10 wieder zugeführt.
  • In Fig. 3 ist die zweite Alternative gezeigt, in der die zweite Trennvorrichtung 50 zwischen der Mühle 10 und der ersten Trennvorrichtung 20 angeordnet ist. Somit wird das aktivierte Material aus der Mühle 10 durch den Materialauslass 14 in die zweite Trennvorrichtung 50 überführt und dort in eine Grobfraktion und eine Feinfraktion aufgetrennt. Die Feinfraktion wird über den Feinauslass 52 und beispielsweise die Rückführungsleitung 40 wieder dem Materialeinlass 12 der Mühle 10 zugeführt. Die Grobfraktion wird durch den Grobauslass 54 der ersten Trennvorrichtung 20 zugeführt.
    • Bezugszeichen
    • 10
    Mühle
    12
    Materialeinlass
    14
    Materialauslass
    20
    erste Trennvorrichtung
    22
    erster Ausgang
    24
    zweiter Ausgang
    30
    Produktauslass
    40
    Rückführungsleitung
    50
    zweite Trennvorrichtung
    52
    Feinauslass
    54
    Grobauslass

Claims (4)

  1. Verfahren zur mechano-chemischen Aktivierung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
    a) Mechano-chemische Aktivierung in einer Mühle (10),
    b) Überführen des aktivierten Materials in einen elektrostatischen Sichter,
    c) Trennen des Materials im elektrostatischen Sichter in eine geladene Fraktion und eine entladene Fraktion,
    d) Überführen der geladenen Fraktion zum Produktauslass (30),
    e) Rückführung der entladenen Fraktion zur erneuten mechano-chemischen Aktivierung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schritt a) und Schritt b) eine größenselektive Trennung in einer zweiten Trennvorrichtung (50) durchgeführt wird, wobei die Grobfraktion der größenselektiven Trennung in Schritt b) in den elektrostatischen Sichter überführt wird, wobei die Feinfraktion der größenselektiven Trennung wieder dem Schritt a) zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schritt c) und Schritt d) eine größenselektive Trennung der geladenen Fraktion in einer zweiten Trennvorrichtung (50) durchgeführt wird, wobei die Grobfraktion der größenselektiven Trennung in Schritt d) dem Produktauslass (30) zugeführt wird, wobei die Feinfraktion der größenselektiven Trennung wieder dem Schritt a) zugeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mechano-chemische Aktivieren mit einem Energieeintrag pro Mühlenvolumen von wenigstens 100 kW / m3, bevorzugt wenigstens 200 kW / m3, durchgeführt wird.
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