Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Leichtgut

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur durchsatzstarken und trennscharfen, trockenen Dichtesortierung von fluidisierbaren Materialien, umfassend eine im Wesentlichen horizontal angeordnete, rinnenartige Luftverteilplatte, auf deren Oberseite das zu sortierende Material aufgegeben und deren Unterseite mit einem Luftstrom beaufschlagt wird, wobei oberhalb der Luftverteilplatte sich eine Schichtung gemäß der Dichte der aufgegebenen Materialien einstellt, weiterhin die Luftverteilplatte mit einer Einrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen in Wirkverbindung steht, sowie mit mindestens einem Gutaustrag gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 13.

Schwermineralsande mit den Titanträgern Rutil, Anatas und Ilmenit sowie mit den Industriemineralien Monazit, Zirkon und ähnlichem werden zum großen Teil auf der südlichen Erdhalbkugel gewonnen. Häufig befinden sich Lagerstätten in Meeresnähe, die aus diesem Grunde als Strandsandlagerstätten bezeichnet werden.

Der übliche Weg der physikalisch/mechanischen Nassaufbereitung eines Wertstoffs, der in der Korngröße in der Regel unterhalb von 0,5 mm vorliegt, ist durch eine Nassgewinnung durch Saugbagger, Aufschlämmung und Grobkornabtrennung durch Siebvorklassierung sowie durch eine Dichtesortierung durch mehrstufige Wendelscheider geprägt.

Die bei der Nassgewinnung gewonnenen Rohstoffe werden durch die oben erwähnten Verfahren in Vorkonzentrate und unhaltige Abgänge bereits auf dem Baggerschiff getrennt.

Die Vorkonzentrate werden dann mit Gehalten von weit mehr als 50% Schwermineral den Anlagen zugeführt, die den pyrometallurgischen / hydrometallurgischen Einrichtungen vorgeschaltet sind und sich in der Nähe der metallurgischen Betriebe befinden. Bei diesen Strandsandlagerstätten ist in der Regel der notwendige Wasserbedarf relativ leicht zu decken, so dass

auch bei möglicherweise steigenden Wasserbeschaffungs- und Wasseraufbereitungskosten ein wirtschaftlicher Abbau gegeben ist.

Neben den in der Nähe des Wassers befindlichen Lagerstätten gibt es Vorkommen, die sich in ariden Gebieten befinden, weit entfernt von einer Wasserversorgung.

Derartige Rohstoffe verfügen über Aufgabegehalte von ca. 5% bis 10% Schwermineral, was einen Transport zum Wasser aufgrund der niedrigen vorerwähnten Gehalte wirtschaftlich uninteressant macht.

Auch hier ist der Wertstoff zum großen Teil aufgeschlossen und eine Trennung wäre an sich durch den Einsatz einer geeigneten Dichtesortierung problemlos möglich.

In Ermangelung leistungsfähiger trockener Dichtesortierprozesse ist gemäß dem Stand der Technik eine wirtschaftliche Voranreicherung bisher nicht möglich.

Zur trockenen Sortierung existieren zahlreiche Verfahren, z. B. aus den Bereichen der Magnet- und Elektrostatikscheidung sowie Techniken der sensorbasierten Sortierung . H ier ist jedoch der Einsatz auf Korngrößen von minimal 1 mm und mehr beschränkt.

Eine trockene Dichtesortierung ist mit sogenannten Luftsetzmaschinen möglich. Hier wird das Sortiergut durch einen konstanten Luftstrom fluidisiert und schichtet sich durch den überlagerten pulsierenden Luftstrom. Beispielsweise werden mit bekannten Anlagen grubenfeuchte Rohkohlen in der Fraktion 0 mm bis 50 mm von ballastreichen Bergen befreit. Die ideale Trennschärfe bei Luftsetzmaschinen ist im Kornspektrum 4 mm bis 50 mm zu erwarten.

Luftherde in verschiedenen Bauarten werden vor allem im Recyclingbereich meist zur Trennung organischer Leichtstoffe von mineralischen Anteilen oder Metal len eingesetzt. Bei der Sortierung auf Luftherden wird das Aufgabegut einem geneigten Schwingsieb in der Mitte zugeführt. Aufgrund unterschied-

licher Kraftverhältnisse von Widerstandskraft zur Gewichtskraft schichten sich die Partikel nach der Dichte. Die spezifisch schwereren Körner liegen auf dem Siebboden und werden durch die Schwingbewegung aufwärts zum Schwergutaustrag befördert. Da leichtere Partikel keine Kontakt zum Siebboden haben, rutschen sie der Schwerkraft folgend nach unten zum Leichtgut- austrag.

Bei der Wirbelschicht-Sinkscheidu ng wird in ein Wirbelbett Luft eingeströmt und dadurch ein Schwerstoff - meist Sand - fluidisiert. Das Trenngut wird in diese Wirbelschicht aufgegeben. Die enthaltenen Partikel sinken entsprechend ihrer Dichte im Wirbelbett ein oder schwimmen auf dessen Oberfläche. Bekannte Bauformen trockener Schwing-Sink-Anlagen wurden zur Kohlesortierung eingesetzt. Die Wirbelschicht-Sinkscheidung ist nur dann effektiv und wirksam, wenn das Sortiergut gröber ist als der eingesetze Schwerstoff. Da es sich hierbei in der Regel um Sand der Fraktion < 1 mm Korngröße handelt, ist dieses Verfahren nicht zu r Sortierung von Sandgemischen geeignet.

Bei Luftrinnen fließt das Sortiergut in einem geneigten Kanal, durch den von unten Luft einströmt. Das hierdurch fluidisierte Gut fließt der Neigung folgend durch den Kanal und schichtet sich bei genügend enger Vorklassierung nach der Dichte. Bei Fächerrinnen verjüngt sich die Rinne in Fließrichtung. Hierdurch erhöht sich die Materialschicht, die dann am Rinnenende in ein Schwer- und ein Leichtgutprodukt getrennt werden kann. Die Sortierung kann wie bei Anlagen zur Wirbelschicht-Sinkscheidung ebenfalls durch die Beimengung von Schwerstoffen unterstützt werden.

Aus der gattungsbildenden EP 0 187 730 Bl ist eine Wirbelschichtvorrichtung zur Trennung zweier gemischter fester Phasen vorbekannt. Das aufgegebene Material ist fluidisierbar, z. B. pulverförmig . Die eigentliche Vorrichtung nach EP 0 187 730 Bl umfasst eine poröse Fluidisierungswand, die sich im Wesentlichen horizontal in einem Gehäuse befindet, das eine Materialaufgabe, einen Materialaustrag sowie einen überlauf aufweist. Die poröse Fluidisierungswand wird mit Hilfe eines Schwingers in eine Bewegung mit definierter Amplitude und mit einer Vertikalkomponente versetzt, so dass ein Guttransport über die Längsausdehnung der Fluidisieru ngswand erfolgen

kann. Die eigentliche Schichtung und damit die Sortierung erfolgt durch das Zuführen eines Gases zur Unterseite der Fluidisieru ngswand .

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Vorrichtung sowie ein zugehöriges Verfahren zur durchsatzstarken und trennscharfen, trockenen Dichtesortierung von fluidisierbaren Materialien auf der Basis einer Schichtung durch Luftstrombeaufschlagung anzugeben, wobei für einen hohen Durchsatz und damit einer ausreichenden Leistungsfähigkeit insbesondere bei der Aufgabe von mineralischem Feinkorn mit einer Korngröße < 1 mm zu sorgen ist. Mit der anzugebenden Vorrichtung soll es möglich werden, Schwermineralien so aufzubereiten, dass der Einsatz einer trockenen Vorkonzentrationsstufe ab einer gewissen Transportdistanz hin zu klassischen Nassaufbereitungsanlagen wirtschaftlich wird . Letztendl ich gilt es die Aufgabe zu lösen, eine Vielzahl von bislang unwirtschaftlich erscheinenden Lagerstätten sinnvoll nutzen zu können, indem eine leistungsfähige, effektive trockene Dichtesortierung für insbesondere feine Sande zur Anwendung kommt.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Vorrichtung gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß der Lehre nach Patentanspruch 13, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen u nd Weiterbildungen darstellen.

Es wird demnach von einer Vorrichtung zur durchsatzstarken und trennscharfen, trockenen Dichtesortierung von fluidisierbaren Materialien, umfassend eine im Wesentlichen horizontal angeordnete, rinnenartige Luftverteilplatte ausgegangen, auf deren Oberseite das zu sortierende Material aufgegeben und deren Unterseite mit einem Luftstrom beaufschlagt wird.

Oberhalb der Luftverteilplatte bildet sich dann eine Schichtung gemäß der Dichte der aufgegebenen Materialien aus, wobei weiterhin die Luftverteilplatte mit einer Einrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen in Wirkverbindung steht und mindestens ein Gutaustrag vorhanden ist.

Erfindungsgemäß sind über die Längsausdehnung der rinnenförmigen Luftverteilplatte mehrere, gesteuert verschließbare Schwergutausträge angeord-

net. Unterhalb der Luftverteilplatte sind gegeneinander abgeschottete Luftkammern vorgesehen, wobei jede Luftkammer eine Luftzuführung aufweist.

Durch die Anordnung der Luftkammern mit Luftzuführung ist eine im Sinne der Leistungsfähigkeit der Vorrichtung notwendige homogene Luftverteilung gewährleistet, so dass auch bei nur geringen Schwergutanteilen eine sichere, effektive Trennung bzw. Sortierung erfolgen kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Schwergutausträge als über die Breite der Luftverteilplatte reichende schl itzförmige öffnungen ausgebildet. Diese schlitzförmigen öffnungen können schräg verlaufen oder rechtwinklig zur Längsachse der Luftverteilplatte angeord net werden.

Die schlitzförmigen öffnungen sind durch eine in den Gutstrom hinein ausfahrbare Leitklappe verschließbar.

Die Leitklappe kann im ausgefahrenen Zustand in die Schwergutschicht hineinreichend verstellt werden, so dass das Schwergut verl ustfrei in die entsprechende öffnung bzw. den öffnungsschlitz hineingelenkt wird.

Die Schwergutausträge gehen in einen Austragskanal über bzw. umfassen einen derartigen Kanal, welcher bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung jeweils eine Zellenradschleuse aufweist.

Weiterhin ausgestaltend ist mindestens jeder zweiten Luftkammer ein Schwergutaustrag zugeordnet.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind beispielsweise sechs Luftkammern und drei Schwergutausträge vorhanden.

Jeder der jeweiligen Austragskanäle ist durch die jeweilige zugehörige Luftkammer geführt und vom Luftstrom getrennt.

Die Luftverteilplatte besteht aus einem porösen Material, z. B. aus einem sehr feinmaschigen Netz, einem Düsenboden oder dergleichen Mittel .

Weiterhin verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über ein Gehäuse, welches eine zu r Luftverteilplatte gerichtete Aufgabeschütte sowie einen zur Aufgabeschütte in Längsrichtung gegenüberliegenden Leichtgutaustrag aufweist.

Im Gehäuse sind wiederum ausgestaltend oberhalb der Luftverteilplatte mehrere Saugleisten zum geregelten Absaugen von Leichtgut vorgesehen.

Das Gehäuse kann weiterhin mindestens eine öffnung zur Entstaubung bzw. Staubabsaugung besitzen.

Ausgestaltend ist eine schwingende Rinne mit einem als Luftverteilplatte ausgebildeten Rinnenboden vorgesehen. Um die Rinne in Schwingungsbewegungen zu versetzen, kommen an sich bekannte Exzenter oder Rütteleinrichtungen zum Einsatz.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur durchsatzstarken und trennscharfen, trockenen Dichtesortierung von fluidisierbaren Materialien wird eine Luftverteilplatte unterseitig mit einem Luftstrom beaufschlagt, wobei auf der Oberseite der Luftverteilplatte das zu sortierende Material aufgegeben wird. Es stellt sich dann durch die Luftströmung in Verbindung mit einer schwingenden Bewegung der Luftverteilplatte eine Schichtung gemäß der Dichte der aufgegebenen Materialien ein.

Erfind ungsgemäß wird der Luftstrom über mehrere, unterhalb der Luftverteilplatte befindliche, gegeneinander abgeschottete Kammern gesteuert zugeführt, um eine homogene, zum Erhalt der gewünschten Schichtung optimierte Strömungs- und Luftverteilung zu erreichen.

Bei dem aufgegebenen Material handelt es sich um ein Mineralgemisch wie z. B. Schwermineralsand, Feineisenerz, Schlacke, Salze oder weitere Industriemineralien mit einer Korngröße < 1 mm.

Verfahrensseitig ausgestaltend können in der Luftverteilplatte vorgesehene schlitzförmige öffnungen zum Schwergutaustrag in Abhängigkeit von der Sortierungs-Trennschicht geregelt geöffnet oder geschlossen werden.

Die Regelung kann über den öffnungen nachgeordnete, im jeweiligen Aus- tragskanal befindliche Zellenradschleusen erfolgen.

Zur Regelung wird beispielsweise über ein quasi indirektes Messverfahren der Anteil von Schwergut im Leichtgutaustrag ermittelt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen :

Fig . 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt;

Fig . 2 typische Kornverteilungen eines Schwermineralsandes und der Schwerminerale und

Fig . 3 Sortierergebnisse für Schwermineralsand im Vergleich erfindungsgemäße Vorrichtung (CDF Separator) mit einem bekannten Wendel- scheider.

Die in der Fig . 1 mit einer Prinzip-Längsschnittdarstellung gezeigte Vorrichtung zur trennscharfen, trockenen Dichtesortierung von fluidisierbaren Materialien geht von einem Gehäuse 1 aus, welches eine Aufgabeschütte 2 aufweist.

über eine öffnung 3 gelangt das zu sortierende Material, z. B. ein Schwermineralsand 4 auf die Schütte 2.

Im Gehäuse 1 befindet sich eine im Wesentlichen horizontal angeordnete, rinnenartige Luftverteilplatte 5, welche feinste, bevorzugt gleichverteilte Poren aufweist, die einen Luftdurchtritt ermöglichen.

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Das Aufgabegut 4 gelangt auf die Oberseite der Luftverteilplatte 5, welche über einen z. B. Exzenterantrieb (nicht gezeigt) in Schwingungen versetzt wird .

über die Längsausdehnung der rinnenartigen Luftverteilplatte 5 sind mehrere gesteuert verschließbare Schwergutausträge 6 angeord net. Unterhalb der Luftverteilplatte 5 befinden sich gegeneinander abgeschottete Luftkammern 7, wobei jede Luftkammer 7 eine Luftzuführung 8 aufweist.

Die Schwergutausträge 6 können als über die Breite der Luftverteilplatte 5 reichende schlitzförmige öffnungen ausgebildet werden, die durch eine in den Gutstrom hinein ausfahrbare Leitklappe 9 verschließbar sind .

Die Leitklappe 9 kann im ausgefahrenen Zustand (Darstellung gemäß Fig. 1) in die Schwergutschicht hineinreichen, so dass das Schwergut in den entsprechenden Schwergutaustrag 6 hineingelenkt wird .

Die Schwergutausträge 6 umfassen einen Austragskanal 10, welcher jeweils eine Zel lenradschleuse 11 aufweist, um den Strom des ausgetragenen Gutes steuern zu können.

Der Aufgabeschütte 2 quasi in Längsrichtung der Luftverteilplatte 5 gegenüberliegend ist ein Mittelgut- oder Leichtgutaustrag 12 angeordnet.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Möglichkeit, oberhalb der Luftverteilplatte 5 mehrere Saugleisten 13 zum Abziehen von dichteleichtem Gut und/oder Feinstgut 14 vorzusehen.

Weiterhin ist an der Oberseite des Gehäuses 1 mindestens eine öffnung 15 zur Entstaubung vorhanden.

Die in der Fig . 1 gezeigte Vorrichtung basiert auf der Nutzung des Prinzips der trocken fluidisierten Schicht zur Sortierung. Das Aufgabegut, insbesondere Rohsand, wird auf die linear schwingende, horizontal angeordnete Rinne (Luftverteilplatte) aufgegeben, du rch die von unten Luft durch die Luftverteilplatte eingedüst wird . Auf diese Weise erfolgt eine Fluidisierung des Sor-

tierguts und es entsteht eine Schichtung nach der Dichte der enthaltenen Partikel.

Durch die Schwingung wird zum einen der Materialtransport u nterstützt und darüber hinaus die gleichmäßige Luftverteilung im Materialbett gewährleistet.

Wie erläutert, befinden sich in Förderrichtung mehrere durch Zellenräder geregelte Schwergutausträge 6, wobei dichteleichtes Gut und/oder Feinstgut durch die Saugleisten 13 abgezogen werden kann.

Vor der Beaufschlagung der Vorrichtung ist eine trockene Vorklassierung zweckmäßig, da während des Sortierprozesses Feingut unter ca. 40 μm Korngröße in die Staubfraktion gelangt.

Die Austragsregelung durch Zellenräder für dichteschweres Material kann mit der oben genannten Leichtgutabtrennung durch Saugen kombiniert werden, um die Trenneffekte zu verbessern. Zur Regelung des Schwergutaustrags ist eine überwachung der fluidisierten Schicht möglich. Dies kann über eine entsprechende Sensorik erfolgen. Auch besteht die Möglichkeit, die Regelung auf der Basis des Anteils von Schwergut im Leichtgutaustrag durchzuführen dergestalt, dass bei erfasstem Schwergut im Leichtgutaustrag der Abzug von Schwergut über den Schwergutaustrag durch öffnung der Zellenradschleuse vergrößert wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das zugehörige Verfahren finden bevorzugt Anwendung bei der Sortierung von Schwermineralsanden. Als Einsatzmöglichkeiten ergeben sich weiterhin die Sortierung von metallführenden Schlacken aus metallurgischen Prozessen, d ie ausschließlich trocken aufbereitet werden, die Sortierung von Aschen, die einer Abreicherung von Schwermetallen bedürfen, die Sortierung von Mineralien, die einen feinen Aufschluss benötigen, dann aber in der Regel nur noch durch aufwendige Flotationsverfahren unter Verwendung von Wasser trennbar sind, z. B. Schwerspat-Calcit-Trennung, bei Stoffen, die trocken gemahlen werden müssen, die aber bei der Zerkleinerung Schadstoffe freisetzen und die bislang nur nass abtrennbar waren und einen Zwischenschritt der Trocknung erforderten, bei der Sortierung von Kohle, wobei der Verzicht auf Wasserzugabe

zur Sortierung eine erhebliche Reduktion beim Aufwand der nachfolgenden Entwässerung und Trocknung beinhaltet, sowie bei der Sortierung von Salzen, bei denen eine Nasstrennung sehr aufwendig ist.

Mit einem Prototypen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (CDF) mit einer Arbeitsbreite von 400 mm, einer Länge von 2400 mm und drei Schwergut- austrägen wurden verschiedene Vergleichsuntersuchungen zur Aufbereitung von Schwermineralsand unternommen. Verglichen wurde dabei die Sortierleistung mit nass arbeitenden Wendelscheidern sowie in Bezug zu Luftherden.

Durch unterschiedliche Maschineneinstellung wurden diverse Möglichkeiten zur Voranreicherung der Schwermineralsande untersucht und parallel mit den Möglichkeiten der Nassaufbereitung durch einstufige Wendelscheideranlagen verglichen. Der Wendelscheider wurde hierbei mit derselben Aufgabe und mit einem Durchsatz von 1,5 t/h bei einem Feststoffgehalt von 30 Gew. -% beschickt.

Der untersuchte Sand wies einen Schwermineralanteil von etwa 5% auf. Das Bergematerial (Quarzsand) lag in der Dichte bei 2,65 g/cm ³ . Der Schwermineralanteil lag über 4,5 g/cm ³ . Die Schwerminerale lagen nahezu vollständig aufgeschlossen vor.

Bei einer erfindu ngsgemäßen Ausführungsform besteht die Möglichkeit, das hier vorgestellte Prinzip zur Klassierung von Stoffsystemen von grob nach fein anzuwenden, sofern es sich um monomineralische Stoffsysteme handelt. So ist eine Anwendung des Verfahrens zu Quarzsandklassierung im Bereich von beispielsweise 63 μm bis etwa 400 μm möglich.

Fig . 2 zeigt typische Kornverteilungen des Sandes und der enthaltenen Schwerminerale. Die Schwerminerale sind im Mittel feiner als der Quarzsand.

Die Fig. 3 stellt die Sortierergebnisse des erfindungsgemäßen Separators CDF bei drei verschiedenen Einstellungen denen des Wendelscheiders gegenüber.

Bei einer Anreicherung um den Faktor 6 im Konzentrat erreichte die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Ausbringen von 80% bei Einstell ung C.

Mit dem Wendelscheider wurde bei etwa 7-facher Anreicherung ein Ausbringen von über 90% erreicht. Um mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls ein Ausbringen von 90% zu erreichen, ist ein Massenausbringen von etwa 30% erforderlich (Einstellung A). Es werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwar etwas schwächere Sortierergebnisse erreicht im Vergleich zu dem nass arbeitenden Wendelscheider, der allerdings für die erreichten Ergebnisse etwa 2 m ³ /t Prozesswasser benötigt. Ungeachtet dessen wurde eine zur Bergeabscheidung ausreichende Anreicherung bei einem hohen Ausbringen erzielt. Damit konnte die Aufgabenstellung einer Abtrennung von ca. 70% der Menge als Berge bei einem Ausbringen von über 90% im Vorkonzentrat erfüllt werden.

Eine weitere Vergleichsuntersuchung wurde mit einem Luftherd durchgeführt. Bei diesem Vergleich wurde ein Vorkonzentrat aus den oben erwähnten Versuchen sortiert. Dies wies einen Schwermineralgehalt von etwa 20 Gew.-% auf.

Die nachstehend gezeigte Tabelle stellt d ie Ergebnisse dieser Versuchsreihe gegenüber. Auch in diesem Vergleich wurde mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine unschärfere Trennung zwischen Leicht- und Schwergut erzielt. Mit dem Luftherd wurden etwa 73% der Schwerminerale in 25% der aufgegebenen Masse als Schwergut ausgebracht. Um ein vergleichbares Wertstoffausbringen zu erzielen, müssen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung etwa 36% der Masse im Konzentrat ausgebracht werden. Bei gleichem Massenausbringen wie mit dem Luftherd wird ein um etwa 10% geringeres Wertstoffausbringen erreicht. Damit liegt die Trennschärfe beim Luftherd erwartungsgemäß höher. Allerdings sind die Sortierergebnisse der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem um den Faktor 40 höheren spezifischen Durchsatz erzielt worden.

Sortierer ebnisse für Schwermineralsand mit CDF und Luftherd

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse

2 Aufgabeschütte

3 öffnung

4 Aufgabegut / Schwermineralsand

5 Luftverteilplatte

6 Schwergutaustrag

7 Luftkammer

8 Luftzuführung

9 Leitklappe

10 Kanal

11 Zellenradschleuse

12 Mittelgut- oder Leichtgutaustrag

13 Saugleiste

14 Feinstgutaustrag

15 öffnung zur Entstaubung