NETZSCH-Feiamahltechnik GmbH

Verfahren und Vorrichtung zur Erzaufbereitung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zerkleinerung von natürlichen oder künstlichen mineralischen Produkten.

Bei diesem Verfahren zur Zerkleinerung wird insbesondere an Produkte in einer Größe von 10 nm bis 30 mm gedacht. Diese mineralischen Produkte werden als Suspensionen auf öl- oder Wasserbasis im industriellen Maßstab hergestellt. Aus der Verarbeitung von Erzgestein, mineralischen Rohstoffen wie Kalziumkarbonat oder Titandioxid nach der Kalzinierung besteht zumeist die Notwendigkeit, die Feststoffe in einer Flüssigkeit feinst zu zerkleinern. Dazu sind heutige Verfahren mit Trommelmühlen sowohl in der Trocken- als auch in der Naßaufbereitung sehr weit verbreitet.

Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß sie sehr viel Energie für diese spezifische Zerkleinerungsaufgabe benötigen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung beseht darin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung und Zerkleinerung von natürlichen künstlichen mineralischen Produkten vorzusehen, bei der der Energieeintrag wesentlich reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1. und 8. gelöst. Vorteilhafte Weitergestaltungen gehen aus den jeweiligen dazugehörigen Unteransprüchen hervor.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die mineralischen Produkte, die aus einem vorgeschalteten Prozeß vorzerkleinert anfallen, in einem weiteren Arbeitsprozeß kontinuierlich zunächst trocken weiter zerkleinert und anschließend mit Flüssigkeit benetzt. Diese dabei produzierte pumpfähige Suspension unterliegt dann in einer Stufe einem Prozeß in dem sie feinst vorgemahlen wird. Dieser Stufe schließt sich eine Endstufe an, in der gewünschte Endfeinheit gewonnen wird. Dieser Vorgang geschieht entweder auf externen Rührwerksmühlen oder auf sogenannten Spaltmühlen mit einem Spalt kleiner 1 mm.

Das Verfahren ist vor allem für den industriellen Einsatz, für Durchsätze von 1 bis 60 Tonnen pro Stunde Feststoff vorgesehen. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Erfindung wird die Dispergierung in Kombination mit einem Kreislaufbehälter quasi stationär betrieben.

Ebenso erfindungsgemäß wird die am Ende des Zerkleinerungsvorgangs angeordnete Rührwerksvorderspaltmühle kontinuierlich mit Produkten aus dem Kreislaufbehälter für die stationäre Dispergierung versorgt. Die am Anfang des Herstellungsprozesses vorgesehene Trockenzerkleinerung erfolgt entweder durch mechanische Prallmühlen, die das Produkt beschleunigen und gegen eine Prallfläche schleudern oder in dem die Grobstoffe mittels Hochdruck in Form eines Luft- oder Flüssigkeitsstrahls gegen Prallflächen oder gegen entgegengesetzt gerichtete Produktstrahlen richten.

Erfindungsgemäß kann am Ende des stationären Zerkleinerungsprozesses das Produkt durch einen Ringspalt geführt werden, dessen Spaltweite zwischen 50 nm bis 3 mm beträgt. In diesem Spalt erhält die Suspension aus mineralischen Produkten ihre Endfeinheit oder die Feinheit, mit der in einem anschließenden Vorgang unter geringem energetischen Aufwand die Endfeinheit erreicht wird. Je nach der Art des Produkts kann der Ringspalt auch eine Größe von 500 nm bis 2 mm betragen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufbereitung mineralischer Produkte bei niedrigem Energieaufwand umfaßt einen Behälter, der einen Feststoffzulauf und einen Festigkeitszulauf sowie einen Auslaß aufweist. über die Länge des Behälters zwischen dem Feststoffzulauf und dem Auslaß sind 4 Prozeßräume über die Längsachse des Behälters verteilt.

Gemäß einer Weiterbindung der Erfindung befindet sich im ersten Prozeßraum eine Trockenvorzerklemerungseinrichtung, die aus einer Kombination von Mahlstiften am Mahlbehälter und Mahlstiften an einer Welle besteht. Ebenso möglich sind im ersten Prozeßraum die Anordnungen von mechanischen Prall- und Walzmühlen sowie von pneumatischen Prallmühlen u.a. auch für das Vermählen im Gegenstrom. Je nach dem welche Energie am Produktionsstandort zur Verfügung steht, werden die Antriebsweisen der einzelnen Bearbeitungsmittel gewählt.

Entsprechend einer erfindungsgemäßen Gestaltung der Vorrichtung schließt sich dem ersten Prozeßraum für die Vorzerkleinerung ein zweiter Prozeßraum für die Benetzung der Trockenstoffe an. Zur verbesserten Benetzung der Trockenstoffe sind in diesem zweiten Prozeßraum Werkzeuge angeordnet, die die Trockenstoffe radial beschleunigen, wodurch die Benetzung zwischen den Werkzeugen und der Behälterwand verbessert wird, da das Produkt in fein verteilter Form mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt und somit jedes pulverförmige Teilchen auf seiner gesamten Oberfläche mit Flüssigkeit versehen wird.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung sind im dritten Prozeßraum zur Steigerung der Homogenität des aus Trockenstoffen und Flüssigkeit bestehenden Produkts Mahl- und Mischwerkzeuge vorgesehen, die sowohl an der Rührwelle als auch an der Behälterwand angeordnet sind. Durch die Kombination von rotierenden und stehenden Werkzeugen erzeugt man hohe Fliehkräfte bei hohem Energieeintrag.

Vor dem Auslaß der Vorrichtung sitzt in einer Weiterbildung der Erfindung im vierten Prozeßraum eine Mahl- und Dispergiereinrichtung, durch die das Produkt in radialer Richtung strömt. Die Einrichtung besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus Ringelementen, von denen das eine stationär und das andere rotierend vorgesehen ist. Die beiden Ringelemente sind aus verschleißfestem Material, wie Keramik, SiC, Phenol- oder Epoxydharz, Hartmetall, PU, Gummi oder Elastomer gefertigt oder zumindest mit diesen vorgenannten Werkstoffen beschichtet. Die Ringelemente sind sowohl lösbar aus dem Behälter als auch mit der Welle verbunden. Der Abstand zwischen den beiden Ringelementen beträgt 50 nm bis 3 mm, vorzugsweise 500 nm bis 2 mm.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung befindet sich im Auslaßbereich ein Rotor, an dessen Umfang Flügel angeordnet sind. Dadurch, daß der Rotor einen größeren Durchmesser aufweist als der Mahlbehälter im Bereich der Prozeßräume 1, 2 und 3, erhöht man damit die Austragsgeschwindigkeit am Produktauslaß. Gleichzeitig beeinflussen die Flügel auch die Verweilzeit des Produktes zwischen den Ringelementen, so daß auch bei relativ kleiner Spaltweite zwischen den Ringelementen eine ausreichende Fließgeschwindigkeit erzeugt wird. Durch die Wahl unterschiedlicher

Flügelgestaltungen bzw. unter Anordnung der Flügel unter bestimmten Winkeln, kann die Fließgeschwindigkeit zwischen den Ringelementen des Produkts eingestellt oder variiert werden. Ebenso wie die Ringelemente aus verschleißfestem Material geschaffen sein können, bietet sich für bestimmte Produkte auch eine Beschichtung der inneren Oberfläche des Behälters in den Prozeßräumen 1, 2 und 3 zwecks der Langlebigkeit der Vorrichtung bzw. Kontamination des Produkts mit Abrieb vom Mahlbehälter an.

Verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren näher erläutert.

Es zeigt

Figur 1 einen Längsschnitt einer schematischen Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Austragsrotor

Figur 2 einen Längsschnitt einer schematischen Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Austragsrotor mit zusätzlicher Mahleinrichtung

Figur 3 Fließschema zum Herstellungsverfahren.

Die Figur 1 zeigt eine Vorrichtung mit einem Behälter 10. Dieser Behälter ist unterteilt in vier Prozeßräume 12, 16, 21, 22. An der oberen Seite des ersten Prozeßraums 12 befindet sich der Feststoffzulauf 11, der in Strömungsrichtung bzw. zur Welle 14 geneigt ist. Die im ersten Prozeßraum 12 angeordnete Zerkleinerungseinrichtung 13, besteht aus Mahlelementen 15, beispielsweise Mahlstiften die an der Welle 14 befestigt sind und Mahlelementen 30 ebenfalls Mahlstifte, die an der Innenwand des Behälters 10 befestigt sind. Die in Richtung des Pfeils eingeführten Trockenstoffe gelangen so in den ersten Prozeßraum und werden zwischen den Mahlelementen 15 und 30 vorzerkleinert.

Anschließend gelangt das vorzerkleinerte Produkt in den zweiten Prozeßraum 16, in dem radial wirkende Werkzeuge 18, 19 angeordnet sind. Die beiden Werkzeuge 18 und 19 beschleunigen das Produkt, so daß die über den Flüssigkeitszulauf 17 vorwiegend tangential eingebrachten Flüssigkeiten homogen in das rotierende trockene Produkt eingebracht wird. Durch die Rotation des trockenen Produkts und durch die tangentiale Einführung der Flüssigstoffe gibt es nahezu keine Differenzgeschwindigkeiten zwischen

Trockenstoff und Flüssigkeit wodurch der Benetzungsvorgang einen höheren Wirkungsgrad bekommt.

Zur verbesserten Dispergierung der mineralischen Produkte sind im dritten Prozeßraum 21 über eine gegenüber dem Prozeßraum 12 verlängerte Strecke ebenso Zerkleinerungselemente in Form von Mahlstiften 15 angeordnet. Auch zwischen diesen Mahlstiften entstehen aufgrund der rotierenden Stifte und der stehenden Stifte Differenzgeschwindigkeiten, die sich auf das Produkt auswirken und die zu einem erhöhten Energieeintrag führen.

In Figur 1 ist der dritte Prozeßraum nur verkürzt ausgeführt. Unmittelbar an diesen dritten Prozeßraum fügt sich der vierte Prozeßraum 22 an, in dem in Figur 1 nur ein Rotor 25 in Form des Rotors einer Flügelzellenpumpe angeordnet ist.

Figur 2 hingegen zeigt einen vierten Prozeßraum 22, in dem nicht nur ein Rotor 25 mit Flügeln 29 plaziert ist, sondern eine weitere Zerkleinerungsvorrichtung sitzt, die aus

Ringelementen 23, 24 besteht. Da die Anordnung der Ringelemente 23, 24 achsial versetzt ist, fließt das oder die mineralischen Produkte besser durch den als

Reibspalt/Ringspalt 27 bezeichneten Zwischenraum zwischen den Ringelementen 23 und 24 hindurch. Je nachdem welchen Abstand die beiden Ringelemente 23 und 24 voneinander haben, bearbeiten diese beiden Elemente das mittlerweile flüssige mineralische Produkt entweder zur Endfeinheit oder zu der Feinheit, die als

Aufgabegröße für die Weiterbehandlung auf Rührwerksmühlen gewünscht wird.

Die Ringelemente 23, 24 sind ebenso wie die Werkzeuge 15, 30 und 19, 20 bei Bedarf aus verschleißfestem Material wie Keramik, SiC, Phenol- oder Epoxydharz, Hartmetall, PU, Gummi oder Elastomer. Die gleiche Materialbestückung ist natürlich auch für den Austragsrotor bzw. die Flügel am Austragsrotor möglich.

Figur 3 zeigt das Fließschema des Produkts und der Flüssigstoffe während der Produktion mit den unter Figur 1 und Figur 2 dargestellten Mahl- und Dispergiervorrichtungen 32. über die Mengenregelung FQC gelangen die Trockenstoffe mit Mengen von 1 bis 60 Tonnen pro Stunde und einer Größe von bis zu 30 mm zum ersten Prozeßraum, in dem die Trockenvorzerkleinerung stattfindet; hier

symbolisch als Walzenmühlen ausgeführt. Seitlich in den Bereich des zweiten Prozeßraums führen dann die Zuleitungen für die flüssigen Hilfsstoffe, Lösemittel, Stabilisatoren, Bindemittel, Verflüssiger (H ₂ O) etc.. Links unten führt die Leitung aus dem vierten Prozeßraum bzw. dem Auslaß für die aufbereitete Suspension aus Feststoff und Flüssigkeit in einen Zwischenbehälter von 100 Liter bis 100 m ³ . Sollte diese Dispersion nicht in einem Arbeitsvorgang zur gewünschten Feinheit führen, so kann die Suspension erneut dem Behälter 10, für einen zweiten Zerkleinerungs- bzw. Dispergiervorgang, zugeführt werden. Sollte der Dispergiervorgang und die Vorzerkleinerung ausreichend sein, so schließt sich dem Zwischenbehälter 34 oder direkt dem Behälter 10 eine Rührwerksmühle bzw. Rührwerkskugelmühle 36 an, um das Produkt mit der notwendigen Endfeinheit zu versehen.

Bezugsziffernliste

10 Behälter

11 Feststoffzulauf

12 erster Prozeßraum

13 Zerkleinerungseinrichtung

14 Welle

15 Mahlstifte

16 zweiter Prozeßraum

17 Flüssigkeitszulauf

18 Werkzeuge

19 Werkzeuge

21 dritter Prozeßraum

22 vierter Prozeßraum

23 Ringelement

24 Ringelement

25 Rotor

26 Antrieb

27 Ringspalt

28 Auslaß

29 Flügel

30 Mahlstifte

32 Mahl- und Dispergiervorrichtung

34 Zwischenbehälter

36 Rührwerksmühle