Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von

Staub aus Mineralien. Sie dient insbesondere zur raschen Er¬ zeugung von Staubproben für die Schnellanalyse von Mineralien bei der Prospektion, wenn Lagerstätten erkundet und bewer¬ tet wέr en, und beim Abbau von Mineralien, zum Zwecke der Qua- litätskontrolle, Überwachung sowie Steuerung des Abbauvor- gangs.

Gegenwärtig werden oberirdische Mineralproben durch Prospek¬ toren aufgrund geologischer, mineralogischer u.a. Indikato- ren gesammelt. Mineralbrocken hierfür werden gegebenenfalls aus dem massiven Gestein bzw. von größeren Brocken mit ein¬ fachem Werkzeug losgetrennt. Die Erzbrocken werden morpholo¬ gisch analysiert und einer chemischen Elementanalyse unter¬ zogen. Zur Prospektion unterirdischer Lagerstätten werden Bohrproben bzw. Bohrkerne gezogen. Ebenfalls wird das wäh¬ rend des Bohrens anfallende Mahlgut, das mit Spülmitteln aus dem Bohrloch transportiert wird, Analysenzwecken zuge¬ führt. In beiden Fällen sind größere Mengen von bis zu eini-

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gen Kilogramm Ausgangsmaterial erforderlich, das gegebenen¬ falls gemahlen, getrocknet und homogenisiert wird. Ein ge¬ ringer repräsentativer Bruchteil hiervon wird der Analyse zugeführt.

Beim Abbau mineralischer Rohstoffe werden die Proben an ver schiedenen Stellen, ausgehend vom Abbruchort, dem Mineral¬ transportstrom entnommen. Zur Qualitätsüberwachung ist eine verläßliche repräsentative Probennahme wichtig. Das bedeu- tet, daß als Ausgangsmenge eine große Masse an Substanz von einigen hundert Kilogramm pro Analyse gezogen werden muß, die etwa vom Förderband, aus einer Wagenladung oder Halde entnommen wird. Diese Ausgangsmenge wird gegebenenfalls in mehreren Stufen in jeweils abgetrennten Fraktionen weiter- behandelt, z.B. getrocknet, zerkleinert usw. Am Ende steht auch hier eine im Vergleich zur Ausgangsmenge geringe Menge von einigen Gramm an Substanz, die der Analyse zugeführt- wird.

Die Elementanalyse wird z.B. auf naßchemischem Weg oder mit Hilfe der Röntgenfluoreszenz -durchgeführt. Beim ersten Ver¬ fahren wird die Probensubstanz in starken Säuren aufgelöst und anschließend quantitativen Testverfahren unterworfen, die den Elementanteilen des interessierenden Wertminerals angepaßt sind. Diese Verfahren umfassen einfache robuste

Methoden für den Feldbetrieb und komplexe Methoden mit Ein¬ satz automatisierter Apparaturen für Laboranwendung-.. Bei de Rδntgenfluoreszenz wird das Probenmaterial zu Tabletten ge¬ preßt und einem automatisierten Analysengerät zugeführt. Die Probe kann auf Elemente mit Ordnungszahlen oberhalb 10 mit einer bestimmten, für das Element spezifischen Nachweis grenze analysiert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der innerhalb sehr kurzer Zeit repräsentatives Probenmaterial gewonnen werden kann. Insbesondere soll die Probe kleine Teilchengrößen aufweisen und sich zur unmittelbaren Analyse eignen.

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Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese Aufgabe in technisch fortschrittlicher Weise lösen läßt, wenn die Vorrichtung aus einem Anregungsteil für mechanische Ultraschallschwingungun- gen und einem damit gekoppelten Meißel besteht und daß eine Saugeinrichtung zur Sammlung des erzeugten Staubes vorgesehen ist. Die vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsge¬ mäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 er¬ läutert.

Der Ultraschall-Anregungsteil liefert die Energie zur Anre¬ gung des Meißels zu hochfrequenten mechanischen Schwingungun- gen. Hierfür sind piezoelektrische oder magnetostriktive Wand¬ ler verwendbar. Der Meißel ist mit dem Anregungsteil gekoppelt und schwingt an der Spitze mit maximaler Amplitude. Die Meißelspitze besitzt eine solche Form, daß die Stauberzeugung begünstigt wird und daß die größtmögliche Menge des Staubs der Saugeinrichtung zugänglich ist. In Abhängigkeit von der Beschaffenheit des zu untersuchenden Minerals kann die Meißel¬ spitze kalottenförmig, konisch oder abgeschrägt sein. Der Meißel kann gegebenenfalls auch Drehbewegungen durchführen.

Das Material, aus dem der Meißel angefertigt ist, muß eine gute Wechselfestigkeit und geringe innere Verluste zeigen. Hierfür sind verschiedene Metalle, insbesondere Legierungen des Titans, geeignet. Die Meißelspitze kann. zusätzlich gegen Abrieb geschützt werden. Dies kann durch Aufbringen eines Sonderwerkstoffs, wie metall-keramische Materialien, durch Einlagerung von z.B. keramischen Schleifpartikeln oder durch Oberflächenbehandlung, wie z.B. Nitrieren oder Karburieren, erfolgen. Der Meißel kann auch vollkommen aus einem homogenen, abriebfesten, pulvermetallurgischen Sinterwerkstoff bestehen.

Die Saugeinrichtung besteht aus dem Saugkopf, der Saugleitung und dem Staubsammelteil. Die Ansaugdüse kann dicht an die Meißelspitze geführt werden ohne diese zu berühren. Sie kann die Meißelspitze auch konzentrisch umhüllen. Die Meißel¬ spitze kann ferner eine Bohrung enthalten, die die Ansaug-

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düse bildet. Der Staubsa melteil stellt in der Regel einen Filterkopf für Membranfilter dar. Zur Sammlung des erzeugten Staubes kann aber auch in der Saugleitung ein Impaktor ver¬ wendet werden. Eine Pumpen- und Kontrolleinheit dient zur Re- gelung der durchgesagten Luftmenge.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in Schematischer Vereinfachung

Figur 1a-c drei mögliche Ausführungsformen der erfindungs¬ gemäßen Vorrichtung

Figur 2a-g einige Formen für die Meißelspitze

Figur 3 den erfindungsgemäßen Meißel mit getrennter

Saugeinrichtung

Figur 4 eine Schemaskizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Wie aus Figur 1 hervorgeht, besteht die erfindungsgemäße Vor¬ richtung aus einem Anregungsteil 1 , einem Meißel 2 und einer Saugeinrichtung mit Saugleitung 3. Zur Erhöhung der Amplitude der Meißelschwingung ist der Querschnitt des Meißels im Vergleich zu dem Querschnitt des AnregungsSystems untersetzt. Die Vorrichtung wird in der X /4-Knotenebene durch eine Knoten halterung 4 mechanisch fixiert.

Die Saugeinrichtung besteht aus der Ansaugdüse 5, der Saug- leitung 3 und dem Staubsammelteil. Die letztere Einheit ist in den Zeichnungen nicht dargestellt. Ebenso nicht die Pumpen und Kontrolleinheit zur Regelung 'der durchgesaugten Luftmenge Die Saugdüse 5 bzw. ein Teil der Saugleitung kann durch eine axiale Bohrung durch den Meißel 2 gebildet werden, wie es in Figuren 1a und 1b schematisch dargestellt ist. Gemäß Auf- führungsform in Figur 1a führt die Bohrung, die einen Teil de Saugleitung 3 bildet, auch durch das Anregungssystem 1. In

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diesem Fall müßte der Teil 6 der Saugleitung, der die Ver¬ bindungsstelle mit dem Anregungssystem 1 bildet, aus einem elastischen Material angefertigt sein, um die Schwingungen des Anregungssystems nicht zu beeinträchtigen. In der in Figur 1 b gezeichneten Ausführungsform wird das gesaugte Gut nicht zentral durch das Anregungssystem sondern radial im Bereich des Schwingungsknotens zu einem gemeinsamen Ausgang-geführt.

in der in Figur 1c dargestellten Form umhüllt die Saugdüse 5 konzentrisch die Meißelspitze 2. Zur Ableitung des erzeugten Staubs sind auch hier verschiedene Möglichkeiten denkbar. Die Saugleitung kann sowohl in radialer als auch in axialer Richtung geführt werden. Der erzeugte Staub wird durch die Saugleitung zu einem Staubsammelteil geleitet. Der Staub¬ sammelteil besteht entweder aus einem Filterkopf oder aus einem Impaktor für größere Staubmengen. Diese Art der Samm¬ lung von Probenmaterial ermöglicht auch eine kontinuierliche Entnahme.

In den Figuren 2a bis 2g werden mehrere Formen für die Meißelspitze gezeigt. Andere Möglichkeiten sind ebenfalls denkbar. Bei den Aus ührungsformen in Figuren 2a, 2c und 2e wird der Staub konzentrisch um die Meißelspitze abgesaugt, während in F.iguren 2b, 2d, 2f und 2g das Ansaugen durch die Spitze des Meißels vorgenommen wird.

Der Staub kann jedoch auch unmittelbar neben der Meißelspitze abgesaugt werden, wie es in Figur 3 dargestellt ist. In die- sem Fall wird die Saugleitung unter einem Neigungswinkel dicht an die Meißelspitze 2 herangeführt, ohne diese zu be¬ rühren. Der Filterkopf 6 kann sich auch nahe an der Saugdüse befinden. Diese Version hat den Vorteil, daß praktisch keine Reinigung der Saugleitung von Staubniederschlägen erforder- lieh ist.

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Aus der in Figur 4 gezeigten Schemaskizze einer erfindungs¬ gemäßen Ausführungsform wird deutlich, daß die Vorrichtung im wesentlichen zwei Einheiten umfaßt und .zwar das Hand¬ gerät 8 und die tragbare Einheit 9. Das Handgerät 8 besteht aus dem Anregungsteil 1, dem Ultraschallkoppler 10 und dem

Meißel 2. Die tragbare Einheit 9 enthält eine Steuereinheit 1 mit Batterie- 12 bzw. Netzanschluß 13, eine Saugpumpe 14 und die Saugleitung 3. Durch den Filterkopf 7 wird die Filter probe 15 gesammelt.

Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird Staub von sehr feiner Teilchengröße aus der Oberfläche von Mineral¬ brocken oder auch festen Gestein erzeugt. Die Teilchengröße liegt dabei mit großer Effizienz im Bereich einiger bis ca. 100 .um Durchmesser. Die Staubzusammensetzung ist identisch mit derjenigen des Minerals an der Stelle, an der der Ultra¬ schallmeißel die Oberfläche berührt. In den Fällen, in denen mehrere kleinere Bereiche oder ein größerer Bereich eines Mineralgangs gewünscht wird, kann der Ultraschallmeißel nach- einander an den gewünschten Stellen angesetzt werden. Spe¬ ziell zur großflächigen bzw. großräumigen Probennahme werden an einer gemeinsamen Halterung parallele Einzelvorrichtungen befestigt. Die um die Meißelspitze erzeugte, räumlich eng begrenzte Staubwolke wird in den Staubsammelteil abgesaugt. Auf diese Weise ist Stauberzeugung und Sammlung an trockenem und feuchtem Mineral möglich. Die Staubproben können auch durch Aufsaugen auf Membranfilter in eine Form gebracht wer¬ den, in der sie unmittelbar einer energiedispersiven Röntgen- fluoreszenz-Analyse (EDX) zugeführt werden können.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist aufgrund der effek¬ tiven Stauberzeugung und der geringen erforderlichen Proben¬ substanzmenge eine Probenherstellung innerhalb sehr kurzer Zeit, z.B. 10 s möglich. Auf diese Weise kann eine große An- zahl von Proben pro Zeiteinheit gewonnen werden. Ferner wird das Probenmaterial unmittelbar an der Spitze des Meißels auf sehr kleine Teilchengrößen von ca. 10 bis 100 .um zerkleinert

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Wenn erforderlich oder zweckmäßig wird eine Fraktion des Pro¬ benmaterials gewonnen, um beispielsweise die nachfolgende Analyse zu erleichtern. Dies läßt sich mit Hilfe eines Filters oder eines Impaktor-Einsatzes in der Saugleitung erreichen. Die gesammelten Proben geben die Elementzusammensetzung des Minerals an der Stelle wieder, an der der Meißel angesetzt wurde. Eine Verunreinigung durch das Umgebungsmaterial,, ist ausgeschlossen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung und Sammlung von Staub aus Mineralien kann als batteriegespeiste tragbare Einheit konzipiert werden. Auf diese Weise ist eine Prospek¬ tion entlegener Vorkommen auf bequeme. Art möglich. Proben in Form von homogen belegten Staubfilterproben können somit un- mittelbar z.B. in einem mobilen Feldgerät der EDX analysiert werden.