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Title:
METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING DISPERSED MINERAL PRODUCTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/122967
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for manufacturing dispersed mineral products by grinding the mineral raw material, sizing the same in a flow classifier, sorting the same in dispersion in air, and eliminating the dispersion air. Also disclosed are devices and installations for carrying out said method.

Inventors:
MANGELBERGER, Thomas (Dr. Erwin Schrödinger Str. 32, Villach, A-9500, AT)
TAVAKKOLI, Bahman (Zauchenweg 8, Puch, A-9722, AT)
Application Number:
EP2006/062425
Publication Date:
November 23, 2006
Filing Date:
May 18, 2006
Export Citation:
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Assignee:
OMYA GMBH (Gersheim Strasse 1-2, Gummern, A-9722, AT)
MANGELBERGER, Thomas (Dr. Erwin Schrödinger Str. 32, Villach, A-9500, AT)
TAVAKKOLI, Bahman (Zauchenweg 8, Puch, A-9722, AT)
International Classes:
B03C7/00; B02C23/08; B03C3/15
Domestic Patent References:
2001-07-26
Foreign References:
AU674011B21996-12-05
US5637122A1997-06-10
US5944875A1999-08-31
GB2117667A1983-10-19
US5076812A1991-12-31
US4627579A1986-12-09
US5885330A1999-03-23
EP1251964A12002-10-30
AU674011B21996-12-05
Attorney, Agent or Firm:
BORCHERT, Uwe R. et al. (Postfach 10 12 31, München, 80086, DE)
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Claims:
P A T E N T A N S P R ü C H E

1. Anlage zur Herstellung disperser mineralischer Produkte, mit einer Mühle, einem Strömungsklassierer und einem System zur Abscheidung der Dis ¬ persionsluft, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Strömungsklassierer (2) und dem Luftab- scheidesystem (7,8,9) eine elektrostatische

Trennkammer (3) zur Abtrennung der in dem Strömungsklassierer triboelektrostatisch aufgeladenen Fremdteilchen installiert ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstärkung der triboelektrischen Auf ¬ ladung der Teilchen wenigstens ein Bauteil des Strömungsklassierers (2) an einen Pol einer Gleichspannungsquelle (10) angeschlossen ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, bei welcher der Strömungsklassierer ein Zentrifugalkraftsichter ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstärkung der Aufladung wenigstens ein Rotorteil des Sichters und / oder wenigstens ein Statorteil des Sichters mit einem Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden ist bzw. sind.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsrohr (11) zwischen dem Strömungsklassierer (2) und der e- lektrostatischen Trennkammer (3) aus elektrisch leitendem Material besteht oder mit diesem ausge ¬ kleidet bzw. beschichtet (29) ist und die elekt ¬ risch leitenden Teile an einen Pol einer Gleich ¬ spannungsquelle (10) angeschlossen sind.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkammer (3) in den Feingutstrom (14) des Strömungsklassierers (2) eingefügt ist.

6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkammer in den Grobgutstrom (24) des Strömungsklassierers (2) eingefügt ist.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Verbesserung der selektiven Aufladung der einzelnen Komponenten des Mineralstoffgemisches wenigstens ein bewegter oder statischer Teil des Strö ¬ mungsklassierers aus speziellen Werkstoffen hergestellt oder mit diesen beschichtet sein.

Description:

B E S C H R E I B U N G

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung disperser mineralischer Produkte

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung disperser mineralischer Produkte, mit einer Mühle, einem Strömungsklassierer und einem System zur Abscheidung der Dispersionsluft.

Natürlich vorkommende Lagerstätten mineralischer Rohstoffe bestehen aus einer Mischung verschiedener Stoffe. Der für eine bestimmte Anwendung abgebaute minera ¬ lische Rohstoff ist im Normalfall durch eine Anzahl un ¬ terschiedlicher Begleitminerale verunreinigt.

Zur Nutzbarmachung der mineralischen Rohstoffe müssen diese bergtechnisch gewonnen und die Wertminerale durch verschiedene aufbereitungstechnische Prozesse angerei ¬ chert und gereinigt werden.

Je höher die Anreicherung und die Reinheit des Wert ¬ stoffes in einem mineralischen Produkt sind, umso wert ¬ voller ist es. Dies gilt besonders für den Einsatz von mineralischen Rohstoffen als hochwertige Füllstoffe in der Papier-, Farben,- Lacke-, Kunststoff- und pharmazeutischen Industrie. Die Qualität von mineralischen Füllstoffen in diesen Anwendungsgebieten richtet sich in erster Linie nach der chemischen und mineralogischen

Reinheit des Produktes. Dementsprechend können entweder nur sehr reine Lagerstätten mineralischer Rohstoffe zur Herstellung von Füllstoffen eingesetzt werden, oder es müssen entsprechend aufwendige aufbereitungstechnische Verfahren zur Anreicherung und Reinigung der Rohstoffe eingesetzt werden.

Wird ein nasstechnisches Aufbereitungsverfahren eingesetzt, so wird der zerkleinerte mineralische Rohstoff in wässriger Suspension durch Flotation, durch Magnetscheidung oder mittels Dichtesortierung angereichert und gereinigt. Nach erfolgter Reinigung wird der mineralische Füllstoff in wässriger Suspension fein vermählen und als Suspension, sogenannter „Slurry", verkauft. Aus einem nassaufbereiteten mineralischen Stoff könnte zwar auch Trockenpulver hergestellt werden, dazu müsste der Stoff aber entwässert und thermisch getrocknet werden, dies ist jedoch sehr energieintensiv und teuer.

Zur Herstellung von trockenen, dispersen mineralischer Produkte werden daher im allgemeinen Aufbereitungsverfahren eingesetzt, bei welchen der mineralische Rohstoff durch trockene Mahlung und Sichtung zerkleinert und klassiert wird.

In den Mahl-Sichtkreisläufen werden Strömungsklassierer zur Klassierung von mineralischen Produkten eingesetzt. Zur Klassierung müssen die in der Mahlung erzeugten Partikel in Luft dispergiert und vereinzelt werden, um im Strömungklassierer eine effiziente Klassierung zu erhalten. Die vom Strömungsklassierer erzeugten Produkte werden in nachgeschalteten Entstaubungsanlagen von der Luft abgetrennt.

In Anlagen zur Mahlung und Klassierung von mineralischen Stoffen ist somit ein komplettes Partikeldispe- gierungs- und Entstaubungssystem installiert.

Hierbei kann aber der Rohstoff bisher nicht oder nur sehr uneffizient gereinigt werden. Daher können zur Herstellung von hochqualitativen dispersen mineralischen Produkten, insbesondere von Füllstoffen, nur sehr reine und hochwertige Ausgangs-Rohstoffe verwendet wer ¬ den, die aber nur im begrenzten Umfang zur Verfügung stehen .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, in der der minerali ¬ sche Rohstoff effizient von den Fremdteilchen gereinigt wird, so dass zur Herstellung von hochqualitativen dispersen mineralischen Produkten, insbesondere von Füllstoffen, auch weniger reine Ausgangs-Rohstoffe verwendet werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, dass zwischen dem Strömungsklassierer und dem Luftabscheidesystem eine elektrostatische Trennkammer zur Abtrennung der in dem Strömungsklassierer triboe- lektrostatisch aufgeladenen Fremdteilchen installiert ist .

In anderem Zusammenhang, bei anderen Stoffen und Zwe ¬ cken, ist die elektrostatische Trennung an sich schon bekannt .

In Patent US 5 885 330 wird ein Verfahren zur Abtrennung von unverbranntem Kohlenstoff aus Flugasche beschrieben. Danach werden mittels eines Zentrifu- galkraftsichters Grobpartikel aus der Flugasche abge- schieden und in einem getrennten Behälter aufgefangen. Der Feingutstrom wird in eine separate Tribo- Aufladeeinheit geleitet, welche verschieden aufgebaut sein kann, aber jedenfalls die Kohlenstoffpartikel und Flugaschepartikel unterschiedlich auflädt. Diese Dis- persion mit den unterschiedlich aufgeladenen Partikeln fällt in einem Fallschacht zwischen einer negativ geladenen Kupferplatte und einer positiv geladenen Kupferplatte. Durch das elektrische Feld zwischen den unter ¬ schiedlich geladenen Platten werden die zuvor in der Tribo-Aufladeeinheit unterschiedlich geladenen Partikel, nämlich Kohlenstoff einerseits und Flugasche ande ¬ rerseits, von einander getrennt. Mittels Zyklonen werden die getrennten Partikel aus dem Gas abgetrennt und in Behältern aufgefangen.

Gemäß EP 1,251,964 = WO 01/52998 wird Plastikabfall e- lektrostatisch getrennt. Dabei wird eine Mischung von Plastikteilchen in Luft in einer drehenden Trommel e- lektrostatisch aufgeladen und durch Sieblöcher am Um- fang der Trommel hindurch in einen Fallschacht gegeben, in dem beiderseits des Fallweges Plus- / Minuselektroden zur elektrostatischen Trennung der Partikel nach ihrer unterschiedlichen Ladung vorgesehen sind.

Bei beiden vorgenannten Patenten ist im Anschluss an die Zerkleinerung jeweils eine besondere, zusätzliche Vorrichtung zur elektrostatischen Aufladung erforder-

lieh. Außerdem handelt es sich um ganz andere Materia ¬ lien .

Bei der erfindungsgemäßen Anlage dagegen wird zur Auf- ladung der Teilchen die sich aus der intensiven Reibung der Feststoffteilchen an einander und an den Teilen des Klassierers, insbesondere den Rotor- und Statorteilen eines Zentrifugalkraftsichter, ergebende triboelektri- sche Aufladung ausgenutzt, worauf die aufgeladene Teil- chen-Dispersion zur elektrostatischen Trennung der Verunreinigungen von den Wert-Teilchen durch eine elektrostatische Trennkammer hindurchgeführt wird, die zwi ¬ schen Strömungsklassierer und Luftabscheidesystem in den Verfahrensgang eingeschaltet ist.

Darüber hinaus können zur Verstärkung der Aufladung unterschiedliche Bauteile des Klassierers, insbesondere Gehäuseteile einerseits und der Rotor andererseits, an unterschiedliche Pole einer Gleichspannungsquelle an- geschlossen sein, dies ist in den Unteransprüchen 2 und 3 näher angegeben.

Ferner kann das Verbindungsrohr zwischen dem Strömungsklassierer und der elektrostatischen Trennkammer aus elektrisch leitendem Material bestehen oder mit diesem ausgekleidet bzw. beschichtet sein und die e- lektrisch leitenden Teile an einen Pol einer Gleichspannungsquelle angeschlossen sein (Anspruch 4).

Die elektrostatische Trennkammer kann in den Feingut ¬ strom oder in den Grobgutstrom des Strömungsklassierers eingefügt sein.

Abgesehen von der nachfolgenden elektrostatischen Sortierung ist die elektrostatische Aufladung auch bereits für den Sichtvorgang selbst vorteilhaft, da sich die elektrostatisch geladenen Teilchen gleichmäßiger in dem Luftstrom verteilen.

Zur weiteren Verbesserung der selektiven Aufladung der einzelnen Komponenten des Mineralstoffgemisches, kann ein Teil bzw. können mehrere bewegte oder statische Teile des Strömungsklassierers aus speziellen Werkstof ¬ fen hergestellt oder mit diesen beschichtet sein.

Die Wahl des Werkstoffes hängt von der Elektronenaus ¬ trittsarbeit der zu trennenden Mineralstoffkomponenten ab und kann Werkstoffe wie Stahl, Kupfer, Messing, Po- lytetrafluorethylen, Polyvynilchlorid, Aluminium oder keramischer Werkstoffe umfassen.

Die Elektronenaustrittsarbeit ist die Arbeit, die er- forderlich ist um ein Elektron aus dem obersten Energieband eines Festkörperatoms zu entfernen; sie ist gleich der Differenz der potentiellen Energien eines Elektrons zwischen dem Vakuumniveau u. dem Ferminiveau.

Das Vakuumniveau ist hierbei gleich der Energie eines ruhenden Elektrons in großer Entfernung von der Oberfläche / das Ferminiveau ist das elektrochemische Poten ¬ tial der Elektronen im Festkörper.

Beim Kontakt zweier Stoffe mit unterschiedlicher Elektronenaustrittsarbeit wird immer der Stoff mit der höhe ¬ ren Elektronenaustrittsarbeit (Akzeptor) negativ gela ¬ den, und der Stoff mit der geringeren Elektronenaus-

trittsarbeit (Donator) positiv geladen. Somit können zum Zwecke der selektiven Ladungserzeugung an unterschiedlichen Teilchen eines mineralischen Rohstoffgemi- sches gezielt Werkstoffe mit höherer oder geringerer Elektronenaustrittsarbeit eingesetzt werden.

Zum Beispiel kann für die Abtrennung von Quarz aus Kalzium Karbonat der Rotor des Klassierers aus Stahl, Kupfer oder Messing sein, da der Quarz aufgrund seiner hö- heren Elektronenaustrittsarbeit beim Reibungskontakt mit Stahl, Kupfer oder Messing negativ geladen wird, und andererseits das Kalzium-Karbonat aufgrund seiner niedrigeren Elektronenaustrittsarbeit beim Reibungskontakt mit Stahl, Kupfer oder Messing positiv geladen wird.

Die Zerkleinerungsmaschine ist vorzugsweise eine Kugel ¬ mühle, es kann aber auch eine Stabmühle, Autogenmühle, Semiautogenmühle, Walzenschüsselmühle, Stiftmühle, Prallmühle, Hammermühle, Schwingmühle, Strahlmühle,

Rührwerksmühle oder jede andere entsprechenden Zerklei ¬ nerungsmaschine vorgesehen sein.

Für die Klassierung und triboelektrische Aufladung, der zerkleinerten Mineralstoffpartikel ist vorzugsweise ein Zentrifugalkraft-Sichter vorgesehen, es kann aber auch jede andere Art von Strömungsklassierer eingesetzt werden, beispielweise: Querstromsichter, Zick-Zacksichter, Streutellerwindsichter, Aufstromsichter, Spiralwind- sichter.

Die zu trennenden Feststoffteilchen können dabei beliebiger Art, Kontur, Größe und Quelle sein, solange sie

klein genug sind in einem Strömungsklassierer eingetragen und darin klassiert und triboelektisch aufgeladen zu werden. Die trennbaren Feststoffteilchen sollten einen Korngrößenbereich von kleiner 10 mm aufweisen, wobei vorzugsweise die mittlere Korngröße im Bereich zwischen größer 2 μm bis kleiner 1 mm liegen sollte.

Das zu trennende Mineralstoffpulver kann aus einer be ¬ liebigen Anzahl und in beliebiger Mischung unterschied- licher Mineralstoffkomponenten (Wertstoffe und Verunreinigungen) zusammengesetzt sein.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von zwei Ausfüh ¬ rungsbeispielen von Anlagen in Verbindung mit den Zeichnungen noch näher erläutert:

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die elektrostatische Trennkammer in den Feingut ¬ strom des Strömungsklassierers implementiert ist und der Grobgutstrom in den Einlass der

Mühle zurückgeführt ist.

Fig. 2 zeigt anhand des vergrößerten Ausschnitts II aus Fig. 1 einen Sichter, der zur Verstärkung der Aufladung an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist.

Fig. 3 ist eine Vergrößerung von Fig. 2 und zeigt deutlicher einige Isolierteile.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Trennkammer in den Grobgutstrom des Strömungsklassierers implementiert ist.

Die Anlage nach Fig. 1 enthält eine Kugelmühle 1 zur Zerkleinerung und zum Aufschluss des mineralischen Rohstoffs und einen Zentrifugalkraftsichter 2, welcher au- ßer zur Klassierung erfindungsgemäß gleichzeitig zur triboelektrischen Aufladung der zerkleinerten Mineralstoffteilchen dient.

Zur Erzielung einer besseren triboelektrostatischen Aufladung und einer höheren Ladungsdichte der den Strömungsklassierer 2 durchströmenden Teilchen kann eine externe elektrische Gleichspannung 10 an einen oder mehrere rotierende oder feststehende Teile des Strömungsklassierers 2 angeschlossen werden.

In Fig. 2 und Fig. 3 ist dies näher dargestellt:

Der Sichterkorb 15 ist mittels Rotorwelle 25 und Kupplung 19 mit dem Antriebsmotor 18 verbunden. An der Ro- torwelle 25 ist ein Schleifring 20 angebracht, welcher über zwei Kohlebürsten 17 mit einem Pol einer Gleichspannungsquelle 10 verbunden ist, während der andere Pol geerdet ist. Die von der Gleichspannungsquelle 10 abgegebene elektrische Spannung wird über die Kohle- bürsten 17 und den Schleifring 20 auf die aus elektrisch leitendem Werkstoff bestehende Rotorwelle 25 und weiter auf den leitend an der Rotorwelle angebrachten Sichterkorb 15 übertragen.

Zur Vermeidung einer unkontrollierten Spannungsübertragung von der Rotorwelle 25 auf das Feingutaustrittsrohr 14 ist die Rotorwelle 25 im Bereich der Durchführung

durch das Feingutaustrittsrohr 14 mit der Hülse 22 aus elektrisch nicht leitendem Material überzogen.

Weiters ist das Feingutaustrittsrohr durch die elektri- sehe Isolationsschicht 37 von vor unkontrollierten Spannungsübergängen geschützt.

Motorseitig ist die unter Gleichspannung stehende Rotorwelle 25 durch die elektrisch isolierte Kupplung 19 und die elektrische Isolationsschicht 36 vom Antriebs ¬ motor 18 getrennt.

Die spannungsführenden Bauteile im Bereich der Lagerung der Rotorwelle 25 und des Schleifringes 20 sind durch ein elektrisch nicht leitendes Schutzgehäuse 21 von der Umwelt getrennt.

Das Feingutaustrittsrohr 14 des Sichters ist ebenfalls durch eine elektrisch nicht leitende Isolationsschicht 29 vom Sichtergehäuse 23 isoliert.

Die Sichtluft wird durch den Sichtlufteinlass 16 und das zerkleinerte Mineralpulver 26 wird durch die Aufgabeöffnung 27 in den Sichtraum eingebracht und durch die im Sichtraum herrschende, turbulente Luftströmung 25 dispergiert .

Die in der Luft dispergierten Partikel folgen der Luftströmung im Sichtraum und müssen den sich schnell dre ¬ henden Sichterkorb 15 durchströmen. Dabei kommt es zu intensivem Kontakt und Reibung der Partikel an den La ¬ mellen des Sichterkorbs 15 und somit zu einer triboe- lektrostatischen Aufladung des Mineralstoffpulvers. Grobe Mineralstoffpartikel können den Sichterkorb 15

nicht durchströmen sondern werden von diesem abgewiesen. Hierbei kommt es ebenfalls zu intensivem Kontakt und Reibung mit dem Sichterkorb 15 und dem Sichterghäu- se 23 und somit auch zur triboelektrischen Aufladung der groben Mineralstoffpartikel 24, welche durch den

Grobgutaustritt 28 aus dem Sichter ausgetragen werden.

In einem weiteren (hier nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel ist zur Verstärkung der triboelektrischen Auf- ladung der Wertstoffpartikeln und der Verunreinigungen der Sichterkorb 15 mit einem Werkstoff beschichtet, dessen Elektronenaustrittsarbeit zwischen der Elektro ¬ nenaustrittsarbeit des Wertstoffes und der Verunreini ¬ gung liegt. In gleicher Weise kann das Feingutaus- trittsrohr 14 aus einem Werkstoff gefertigt sein, des ¬ sen Elektronenaustrittsarbeit zwischen der Elektronen ¬ austrittsarbeit des Wertstoffes und der Verunreinigung liegt .

Ferner kann auch das Verbindungsrohr 11 zwischen Strö ¬ mungsklassierer 2 und Separationskammer 3 mit dem Pol einer Gleichspannungsquelle 10 verbunden sein.

Der aufgeladene Feingutstrom 32 gelangt in eine vor- zugsweise vertikal ausgerichtete elektrostatische

Trennkammer 3, welche mit Abscheideelektroden 4, 4a ausgestattet ist.

In der elektrostatischen Trennkammer 3 wird die aufge- ladene Feingut- Dispersion getrennt in einen Dispersi ¬ ons-Strom 30, der das gereinigte Produkt enthält, und einen Dispersions-Strom 31, der die ausgeschiedenen Fremdteilchen enthält .

Die beiden getrennten Dispersions-Ströme 30 und 31 werden durch je ein System zur Abscheidung der Luft geleitet. Diese beiden Luft-Trennsysteme bestehen zum Beispiel aus Abscheidezyklon 7 und / oder Staubfilter 8 und Lüfter 9, welcher durch Unterdruck die benötigte Luftströmung zur Dispergierung und Transport der Mine- ralstoffteilchen durch den Strömungsklassierer und die Separationskammer erzeugt.

Das gereinigte Mineralpulver gelangt in Behälter 12, das abgetrennte Fremdteilchenpulver gelangt in einen anderen Behälter 13.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Feingutstrom des Sichters 2 das Endprodukt ist, während der Grobgutstrom 24 des Strömungsklassierers unter Zuführung der erforderlichen Luft 33 in eine elektrosta ¬ tische Trennkammer 3 geleitet wird.

Die Grobgut-Dispersion wird hierbei also in zwei Teil ¬ ströme aufgeteilt, von denen der eine Teilstrom 34, der die Wert-Teilchen enthält, in den Eingang der Mühle zurückgeführt wird, während der die Fremdteilchen enthal- tende andere Teilstrom 35 - nach Abscheidung der Dis ¬ persionsluft - als Abfall oder Beiprodukt weiter behandelt wird.

Ansonsten entspricht Fig. 4 im wesentlichen der Fig. 1, gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.