WO2005028116A1 - Verfahren zum betreiben einer fragmentieranlage sowie anlage dafür - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer elektrodynamischen Fragmentieranlage und eine solche vorgestellt. Das sich in der Prozessflüssigkeit befindliche Fragmentiergut wird ständig in Schwebe gehalten und bildet eine Suspension mit der Prozessflüssigkeit. Der Anteil prozessierten Fragmentierguts, das die Zielkorngrösse erreicht oder unterschritten hat, wird aus dem Reaktionsgefäss ausgetragen und das die Zielkorngrösse überschreitende Fragmentiergut erneut der Reaktionszone zugeführt. Die Fragmentieranlage besteht aus einem aufladbaren elektrischen Energiespeicher, einem daran angeschlossenen Elektrodenpaar, dessen beide Enden sich in einer in einem Reaktionsgefäss gefassten Prozessflüssigkeit auf Abstand gegenüber stehen. Das im Elektrodenzwischenraum bis zur und unterhalb der Zielkorngrösse fragmentierte Gut wird in einem Abscheider in fest und flüssig getrennt und die aufbereitete Prozessflüssigkeit in das Reaktionsgefäss zurückgeführt.

Description

VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER FRAGMENTIERANLAGE SOWIE ANLAGE DAFÜR

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fragmentieranlage zum effektiveren Mahlen von Fragmentiergut aus mineralischen und/oder spröden Materialien auf Zielkorngrößen < 5 mm und eine Fragmentieranlage, die mit diesem Verfahren betrieben wird.

Die Fragmentieranlage beruht in ihrem technischen Prinzip auf der FRANKA-Technologie (FRANKA = Fragmentieranlage Karlsruhe) , wie in der DE 195 34 232 beschrieben. Die Fragmentieranlage besteht aus einem elektrischen Energiespeicher, der pulsartig in einem Reaktionsgefäß auf das Fragmentiergut in einer Prozessflüssigkeit zwischen zwei sich auf Abstand gegenüberstehenden Elektrodenenden - der Reaktionszone - entladen wird.

Beim Mahlen mit der Fragmentieranlage wird das zwischen den zwei E- lektrodenenden in der Prozessflüssigkeit vorhandene Fragmentiergut durch elektrische Durchschläge und dabei entstehende Schockwellen zerkleinert. Diese mineralischen und/oder spröden Materialien können einheitlich, wie Gestein/Fels oder Glas, oder konglomeriert, wie beispielsweise Gestein und Beton, sein. Die Zielkorngrößen sind < 5 mm, vorzugsweise sogar < 2 mm. Fragmentierte Partikel unterhalb dieser Korngröße werden über Filterpatronen aus dem Prozessgebiet abgesogen. Siehe beispielsweise bei der Kies- und Sandgewinnung oder beim Mahlen von Farbkörpern, ganz allgemein von Stoffen, die nicht aus Verbünden bestehen. Fragmentiergut, wie es beim Abbruch eines Gebäudes etwa anfällt, wird, orientiert am abgesaugten Fragmentiergut, ständig in den Prozessraum nachgefüllt.

Die Fragmentieranlage besteht aus einem elektrischen Energiespeicher, der über eine Funkenstrecke impulsartig auf eine Last entladen wird. Die Last ist die Prozessflüssigkeit im Zwischenelektrodenbereich und das darin versenkte Fragmentiergut. Die zwei Elektroden stehen sich darin, mit ihrem jeweiligen Ende völlig eingetaucht, auf einem vorgegebenem, einstellbaren Abstand gegenüber. Üblicherweise ist die Pro- zessflussigkeit in dem Reaktionsgefaß gefasst, in welchem das Fragmentiergut hineingeschüttet und das fragmentierte Gut ab und unterhalb der vorgegebenen Schwelle für die Korngroße entnommen wird.

Bislang wird davon ausgegangen, dass das Mahlgut infolge der Entladungen zwischen den beiden Elektrodenenden, das sind meist die Hochspannungselektrode und der Boden bzw. ein Teilbereich davon, das Mahlgut bei den Impulsentladungen immer wieder genügend stark aufgewirbelt wird. Versuchsreihen haben aber gezeigt, dass die Aufwirbe- lung sehr unvollständig ist.

Das führte zu der Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, nämlich das in den Elektrodenzwischenraum eingebrachte Fragmentiergut durch In-Schwebe-halten effektiver zu fragmentieren, um Prozesszeit und E- nergie einzusparen.

Diese Aufgabe wird verfahrensmaßig durch den im 1. Anspruch gekennzeichneten Schritt der Aufwirbelung des Fragmentierguts im mit Prozessflussigkeit angefüllten Raum zwischen den Elektrodenenden und des am Boden des Reaktionsgefaßes abgesetzten Fragmentierguts gelost. Das sich in der Prozessflussigkeit befindliche Fragmentiergut wird standig in Schwebe gehalten und damit eine Suspension mit der Prozessflussigkeit gebildet. Aus dieser Suspension wird der Anteil prozessierten Fragmentierguts, das die Zielkorngroße erreicht oder unterschritten hat, aus dem Reaktionsgefaß ausgetragen und das die Zielkorngroße überschreitende Fragmentiergut - das sind die Grobanteile - erneut der Reaktionszone zugeführt.

Gegenstandlich wird diese Aufgabe durch eine Fragmentieranlage gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 gelost. Angebaut an das oder in das Reaktionsgefaß ist eine das in der Prozessflussigkeit eingebrachte Fragmentiergut in Schwebe haltende Einrichtung, da keine Luft, relative Dielektriziotatskonstante ε_r nahe 1, oder kein Gas, ε_r ebenso, in den Prozessraum eingebracht werden darf. Des weiteren ist an oder in dem Reaktionsgefaß eine Einrichtung angebracht, die aus der Suspension die Fragmentiergutanteile ab und unterhalb der Zielkorngröße ausleitet, einer Einrichtung zur fest-flüssig-Trennung zuführt und Fragmentiergutanteile oberhalb dieser Zielkorngröße in das Reaktionsgefäß zurückführt. Hierzu mündet mindestens eine Rückleitung für Prozessflüssigkeit in das Reaktionsgefäß.

In den Verfahrensansprüchen 2 bis 6 sind weitere Maßnahmen beschrieben, mit denen der Fraktionierungsvorgang von Fall zu Fall vorteilhafter durchgeführt werden kann. Um das Fragmentiergut wirksam in Schwebe zu halten, sind nach Anspruch 2 hydrodynamische, wie strömen, oder nach Anspruch 3 mechanische Maßnahmen, wie rühren oder schaufeln, geeignet. Strömungsrichtung und -stärke sowie Rühr- und Schaufelgeschwindigkeit sind zur Optimierung der Fragmentierung steuer- und einstellbar.

Zum Ausbringen des Prozessgutanteils wird nach Anspruch 4 die Aufstromklassierung eingesetzt. Daraus wird in einer fest-flüssig- Trennung der die Zielkorngröße überschreitende Grobanteil in das Reaktionsgefaß zurückgeführt wird.

Nach Anspruch 5 wird diese Aufspaltung mit Hydrozyklonieren durchgeführt. Nach Anspruch 6 schließlich werden im Reaktor in die Prozessflüssigkeit eingetauchte Filter, wie Filterkörbe oder Filterpatronen, für dies Trennung eingesetzt.

In den gegenständlichen Ansprüchen 8 bis 12 sind Maßnahmen beschrieben, mit denen die Fragmentieranlage vorteilhaft ausgestattet werden kann.

Für einen wirtschaftlichen Dauerbetrieb der Fragmentieranlage ist das Aufrechterhalten der Suspension von Bedeutung. Die Einrichtung hierzu muss nach Anspruch 8 so auf- und eingestellt sein, dass das in der Prozessflüssigkeit befindliche Fragmentiergut ohne Bildung von Totbereichen in Suspension gehalten wird.

Nach Anspruch 9 ist zur Fraktionstrennung ein AufStromklassierer aufgestellt. Eine alternative Lösung ist nach Anspruch 10 die Einrich- tung zur Fraktionstrennung ein Hydrozyklon. Und nach Anspruch 11 schließlich sind solche Einrichtungen aus der Siebtechnologie bekannte Filter in Form von Korben, Patronen beispielsweise. Wobei dann aufgrund der Schockwelleneinwirkung infolge der elektrischen Entladung, der Abstand zum Elektrodenzwischenraum reinigungswirksam und zerstorungsvermeidend eingestellt ist. Die Intensität nimmt mit 1/r² von der Schockwellenquelle ab.

Einstromdusen, durch die die bei der fest-flüssig-Trennung zurückgewonnene Prozessflussigkeit in das Reaktionsgefaß gesteuert und gerichtet eingeleitet/eingeströmt wird, halten nach Anspruch 12 die Suspension mit aufrecht.

Durch diese Maßnahmen können Feinanteile des Mahlguts während der Fragmentierung m der Prozessflussigkeit in Schwebe gehalten und immer wieder in den elektrischen Entladungsbereich ruckgefuhrt werden. Dabei sitzt die Absaugpatrone oder auch sitzen die Absaugpatronen so, dass das fragmentierte Gut hochwahrscheinl ch auf diese trifft und die hinreichend kleinen Korngroßen abgesaugt werden. Bei jedem Entladungsvorgang werden am Sieb der Absaugpatrone hangende, noch zu große Fragmente durch die von dem oder den Entladungskanalen ausgeloste Schockwelle/n abgeschüttelt.

Im Folgenden wird das Verfahren und eine beispielhafte Fragmentieranlage anhand der Zeichnung naher erläutert. Eine Ausfuhrungsform wird beschrieben, und zwar die Ausfuhrung „Ringleitung" in Spezifizierung des Verfahrensanspruchs 2 und des gegenständlichen Anspruchs 8. Sie ist nach Voruntersuchungen eine stromungstechnisch gunstige Losung. Weitere Losungsvarianten sind in einem gerichteten Rohr bzw. Rohrbun- del zu sehen. Auf jeden Fall muss bei der Ausfuhrung und dem Aufbau der Anlage darauf geachtet werden, dass Totstromgebiete vermieden werden, in denen sich Feinfraktionen ansammeln und ablagern wurden.

Von der Fragmentieranlage wird lediglich das Reaktionsgefaß selbst dargestellt. Der elektrische Teil, das Ladegerat, der Energiespeicher und die Funkenstrecke, sind u.a. aus oben zitierten Quellen zum Stand der Technik bekannte Einrichtungen. Überwiegend ist der elektrische Energiespeicher eine Kondensatorbank, die mit zwischengeschalteten Funkenstrecken im Selbstdurchbruch auf die Last im Zwischenelektrodenraum im Reaktionsgefaß entladen wird. In Anlagen nach dem FRANKA- Typ ist der elektrische Teil ein Marx-Generator, dessen elektrische Aufladung und Entladung aus der elektrischen Hochleistungs-/ span- nungsimpulstechnik bekannt ist.

Figur 1 zeigt das tonnenformige Reaktionsgefaß, das auf Stutzen steht. Durch den Deckel hindurch ragt die bis zu ihrem freien Endbereich hin elektrisch isolierte Hochspannungselektrode in das Reaktionsgefaßinnere. Die Hochspannungselektrode ist im Deckel nicht starr gefuhrt, so dass die von der elektrischen Entladung herrührende Stoß- und Schockwelleneinwirkung nicht übertragen werden kann. Der blankliegende metallische Endbereich ist vollkommen in die im Reaktionsgefaß gefasste Prozessflussigkeit, die hier Wasser ist, eingetaucht. Selbst der Isolationsmantel ragt noch weit mit ins Wasser hinein. An ihm dürfen sich keine Kriechstrecken bei Langzeitbetrieb ausbilden. Die Gegenelektrode ist der hier beispielsweise kugelartig gesenkte Boden des Reaktionsgefaßes selber. Das kann der gesamte Boden sein oder auch nur ein zentraler Teilbereich davon. Auf jeden Fall ist die Gegenelektrode an ein festes Potential, das Bezugspotential, im allgemeinen Erdpotential, angeschlossen. Auf der Erdpotentialelektrode ist, zentral abgelagert, Fragmentiergut angedeutet. Der Entladungskanal soll sich, ausgehend von der Spitze der Kochspannungselektrode, durch das Fragmentiergut hindurch zur Erdpotentialelektrode ausbilden, bzw. soll sich so ein kegelförmiges Gebiet aus Entladungskanalen von der Stirn der Hochspannungselektrode zum zentralen Bodenbereich hin ausbilden.

Durch den Deckel des Reaktionsgefaßes ragt d e Wasserzuleitung und die Ableitung für das mit Fragmentiergut versetzte Wasser von der Filterpatrone her. Zu Optimierung des Fraktionierungsprozesses wird die Strömung, die für die Aufwirbelung sorgt, in ihrer Starke und an ihrem Strömungsbeginn in der Richtung gesteuert. Diese Einrichtung zur Strömungserzeugung und Aufwirbelung des Fragmentierguts umgibt hier die Hochspannungselektrode koaxial. Die Zuleitung speist in die koaxial sitzende Ringleitung ein. Die Ringleitung ist elektrisch sicher und, Schockwellen mit erträglichem Aufwand widerstehend, an der Gefäßwand angebaut.

Die Düsen sind in Ihrer Ausströmrichtung ausrichtbar, so dass je nach Fragmentiergut eine prozessoptimale Aufwirbelung eingestellt, bzw. nachgestellt werden kann. Die Strömungsstärke wird mit einer Pumpe, welche die reine Prozessflüssigkeit in die Ringleitung drückt, eingestellt. Die Düsen richten die Strömungen am Boden entlag zum Bodenzentrum. Das dort abgesetzte oder sich absetzende Fragmentiergut wird so ständig aufgewirbelt und in Suspension gehalten. Strömungslose Gebiete werden im gesamten Wasservolumen vermieden.

Die Filterpatrone ist völlig in Wasser eingetaucht. Das die Filterpatrone umgebende Gitter bestimmt mit seiner Maschenweite die größte absaugbare Korngröße. Die durch die Filterpatrone gelangende Suspension wird in der rechts im Bild angedeuteten Zentrifuge in ihren Flüssiganteil, das Prozesswasser, und ihre Festanteile aufgetrennt. Das Wasser wird über die Zuleitung zur Ringleitung in das Reaktionsgefäß, eventuell zuvor mit Frischwasser versetzt, zurückgeführt.

Über den im Bild links vom Reaktionsgefaß abstehenden Stutzen wird neu zu fragmentierendes Gut nachgefüllt/-gekippt .

Je nach Größe des Reaktionsgefäß ist es bei Wartungs- und Reparaturarbeiten eine erhebliche Erleichterung, wenn der Boden des Reaktionsgef ß abgeschraubt und über den Auslegerarm, der an der im Bild rechten Stütze drehbar lagert, weggedreht werden kann.

Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Betreiben einer Fragmentleranlage zum effektiveren Mahlen mineralischer und/oder spröder Materialien auf Zielkorn- großen < 5 mm, wobei die Fragmentieranlage aus einem elektrischen Energiespeicher besteht, der pulsartig in einem Reaktionsgefaß auf das Fragmentiergut in einer Prozessflussigkeit zwischen zwei sich auf Abstand gegenüberstehenden Elektrodenenden - der Reaktionszone - entladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das sich in der Prozessflussigkeit befindliche Fragmentiergut standig in Schwebe gehalten wird und damit eine Suspension mit der Prozessflussigkeit bildet, aus dieser Suspension der Anteil prozessierten Fragmentierguts, das die Zielkorngroße erreicht oder unterschritten hat, aus dem Reaktionsgefaß ausgetragen wird, das die Zielkorngroße überschreitende Fragmentiergut - das sind die Grobanteile - erneut der Reaktionszone zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im Reaktionsgefaß in der Prozessflussigkeit befindliche Fragmentiergut hydrodynamisch in Schwebe gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im Reaktionsgefaß in der Prozessflussigkeit befindliche Fragmentiergut mechanisch m Schwebe gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des prozessierten Fragmentierguts, der in dem Reaktionsgefaß in etwa die Zielkorngroße erreicht oder unterschritten hat, durch AufStromklassierung ausgebracht, anschlie- ßend einer fest-flüssig-Trennung ausgesetzt wird und daraus die die Zielkorngröße überschreitenden Grobanteile m das Reaktionsgefaß zurückgeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des prozessierten Fragmentierguts, der in dem Reaktionsgefäß die Zielkorngröße erreicht oder unterschritten hat, durch Hydrozyklonieren ausgebracht, anschließend einer fest- flüssig-Trennung ausgesetzt wird und die die Zielkorngröße überschreitenden Grobanteile in das Reaktionsgefäß zurückgeführt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des prozessierten Fragmentierguts, der in dem Reaktionsgefäß die Zielkorngroße erreicht oder unterschritten hat, durch in die Prozessflüssigkeit eingetauchte Filter ausgebracht wird und die die Zielkorngröße überschreitenden Grobanteile von der Filteroberfläche wieder in die Reaktionszone zurückgeführt werden.

7. Fragmentieranlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, bestehend aus: einem aufladbaren elektrischen Energiespeicher (1), einem daran angeschlossenen Elektrodenpaar (2) und (3) , dessen beide Enden sich in einer in einem Reaktionsgefäß (4) gefassten Prozessflüssigkeit auf Abstand gegenüber stehen, wobei eine der beiden Elektroden (3) auf einem Bezugspotential liegt und die andere - die Hochspannungselektrode (2) - über einen Ausgangsschalter (5) aus dem Energiespeicher (1) pulsartig mit Hochspannung beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass: an oder in dem Reaktionsgefaß eine das in der Prozessflussigkeit (6) eingebrachte Fragmentiergut in Schwebe haltende Einrichtung eingebaut ist, an oder in dem Reaktionsgefaß eine Einrichtung (7) angebracht ist, die aus der Suspension die Fragmentiergutanteile ab und unterhalb der Zielkorngroße ausleitet, einer Einrichtung zur fest- flüssig-Trennung (8) zufuhrt und Fragmentiergutanteile oberhalb dieser Zielkorngroße in das Reaktionsgefaß zurückfuhrt, mindestens eine Ruckleitung (9) für Prozessflussigkeit m das Reaktionsgefaß mundet.

8. Fragmentleranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die Suspension aufrechterhaltende Einrichtung das in der Prozessflussigkeit befindliche Fragmentiergut ohne Bildung von Totbereichen die Suspension durch die Reaktionszone fuhrt.

9. Fragmentieranlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die die aus der Suspension die Fragmentiergutanteile ab und unterhalb der Zielkorngroße ausleitende Einrichtung das Prozessge- faß ist, welches als Aufstromklassierer ausgebildet ist.

10. Fragmentleranlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die die aus der Suspension die Fragmentiergutanteile ab und unterhalb der Zielkorngroße ausleitende Einrichtung das Prozessge- faß ist, welches als ein Hydrozyklon ausgebildet ist.

11. Fragmentieranlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die die aus der Suspension die Fragmentiergutanteile ab und unterhalb der Zielkorngroße ausleitende Einrichtung mindestens ein die Zielkorngröße berücksichtigendes Filter (10) ist.

12. Fragmentieranlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessflussigkeit aus der fest-flussig- Trennung durch eine oder mehrere Düsen (11) derart in das Reaktionsgefäß zurückgeführt wird, dass das Prozessgut in der Reaktionszone möglichst vollständig in Schwebe gehalten wird.