Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Sortieren von groben bis feinteiligen Materialien nach ihrer chemi¬ schen Zusammensetzung, bei dem Proben entnommen und analy¬ siert werden und bei dem in Abhängigkeit von dem Analysen¬ ergebnis die Weiterleitung oder Weiterverarbeitung der Ma¬ terialien gesteuert wird. Das neue Verfahren läßt sich beim Abbau oder bei der Verarbeitung von Mineralien, wie Erz, Kohle, Basalt, Sand usw., oder von Halbfertigpro¬ dukten, wie Mineralien in Porm von Pellets, Koks und vielen anderen Materialien einsetzen.

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Beim Abbau mineralischer Rohstoffe ist es im Hinblick auf den wirtschaftlichen Aufwand notwendig, eine ständige Kon¬ trolle der RohstoffZusammensetzung durchzuführen. Zum einen wird dabei der Anteil von Taubgestein bzw. Nutzgestein be- stimmt, zum anderen ist es oft erforderlich, bestimmte stö¬ rende Beimengungen unter Kontrolle zu halten. Voraussetzung für diese Messungen ist die Gewinnung einer Analysenprobe, die möglichst repräsentativ für die betrachtete Rohstoff- enge sein muß. Üblicherweise werden dabei stichprobenartig Mengen des Rohstoffes mit Hilfe einer Schaufel oder mit anderen Greif erkzeugen entnommen. Die Probenmenge wird dann für die eigentliche chemische Analyse aufbereitet (gemahlen, homogenisiert) . Zwei wesentliche Probleme treten dabei auf, nämlich

die Gewinnung einer tatsächlich repräsentativen Probe

und

- die Durchführung einer Analyse in so kurzer Zeit, daß in Abhängigkeit von dem Analysenergebnis in den Weitertransport oder in die Weiterverarbeitung der Ma¬ terialien eingegriffen werden kann.

Da die gesamte Analyse(Probennahme, Aufbereitung, chemische Analyse) relativ lang dauert (mindestens 10 Minuten) ist es bisher nur möglich, in viel zu großen Zeitabständen Proben zu entnehmen und in Abhängigkeit von den Analysenergebnis¬ sen in den Prozeß einzugreifen. So hat dies z.B. beim Abbau von Eisenerz in einer großen Untertagemine eine unge¬ wollte Aufmischung von Erzen verschieden hoher Phosphor¬ gehalte zur Folge. Diese Aufmischung führt dazu, daß die Ausbeute an phosphorarmen Erz erheblich unter der vom geo¬ logischen Standpunkt aus möglichen liegt. Die Aufmischung geschieht bereits beim Abbau vor Ort. Das abgesprengte Erz wird mit Hilfe von Schaufelladern (der Inhalt einer Schau¬ fel beträgt ungefähr 8 Tonnen) zu ca. 40 bis 200 m entfern-

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ten Schächten transportiert. Nur von etwa jeder 10. Schaufel wird mit Hilfe eines GreifWerkzeuges eine ca. 1 Kilogramm schwere Probe entnommen. Diese Probe wird gemahlen, gesiebt, magnetisch separiert und davon eine Teilmenge getrocknet, davon wiederum eine Teilmenge abgemessen und diese naßche¬ misch analysiert. Aufgrund dieses Analysenergebnisses werden bis zum Vorliegen des nächsten Analysenergebnisses alle weiteren Schaufeln in denjenigen Schacht gekippt, der für die analysierte Qualitätsstufe vorgesehen ist, obwohl sich in der Regel die Zusammensetzung des Materials von Schaufel zu

Schaufel ändert. Im Phosphorgehalt, ^* der die Qualität wesent¬ lich bestimmt, können Schwankungen um den Faktor 10 bis 100 auf reten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem in rascher Folge repräsentative Pro¬ ben des Materials, das analysiert und sortiert weitergelei¬ tet werden soll, entnommen und in ausreichend kurzer Zeit analysiert werden kann. Mit einem solchen Verfahren soll z.B. beim Erzabbau in der zuvor beschriebenen Weise von jeder Schaufel eine Probe entnommen und so schnell analysiert wer¬ den, daß ohne Wartezeit der Schaufelinhalt in den für diese Erzzusammensetzung bzw. für diese Qualität vorgesehenen Schacht geleitet werden kann. Dadurch ließe sich eine wesent- lieh genauere Sortierung des abgebauten Materials erreichen.

Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese Aufgabe in technisch fortschrittlicher Weise lösen läßt, wenn bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Proben in Form eines aufge- wirbelten, als Nebenprodukt anfallenden oder künstlich er¬ zeugten Gemisches aus gröberem Staub und Feinstaub aufgenom¬ men werden, danach der gröbere Staub abgetrennt wird und wenn schließlich der zurückgebliebene Feinstaub oder eine Fraktion dieses Feinstaubes analysiert wird.

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Die Staubprobe kann auf Filter oder in einem kleinen Gefäß abgeschieden werden. Die Staubausbeute wird in der Regel zwi schen 10 und 100 mg liegen. Als ein für die Filterproben ge¬ eignetes Aitalysenverfahren kommt dabei die Röntgenfluores- zenzanalyse in Frage. Wird die Probensubstanz in einem Be¬ hälter abgeschieden, dann kann die Analyse auch über ein an¬ gepaßtes naßchemisches Verfahren erfolgen. Bei einer Eisen¬ erzprobe (Magnetit, Apatit) z.B. kann der Apatit, der den .qualitätsbestimmenden Phosphor enthält, durch heiße Reagen¬ zien aufgelöst und analysiert werden.

Weitere Elemente lassen sich über spezielle physikalische Eigenschaften, z.B. unter Ausnützung des Ferrimagnetismus beim Magnetit, analysieren.

Eine andere geeignete Methode für die Schnellanalyse der Staubprobe ist die Plasmaemissionsspektroskopie. In diesem Fall wird der Staub entweder direkt in das Plasma einge- blasen oder vor dem Einblasen bereits verdampft. Aufgrund der kleinen Korngröße des Staubes läßt sich das Material augenblicklich verdampfen.

Anhand der innerhalb sehr kurzer Zeit (ca. I.min) nach Begin der Probennahme vorliegenden Analysenergebnisse ist es mög¬ lich, noch während des Transportes der analysierten Rohstoff- menge eine Entscheidung über den weiteren Verbleib dieser Rohstoffmenge zu treffen. Außerhalb vorgegebener Qualitäts¬ normen liegende Mengen können verworfen oder mit entsprechend guten Mengen vermischt werden, um eine gleichbleibende Roh¬ stoffqualität zu erzielen. Gleichzeitig können unerwünschte und später nicht mehr rückgängig zu machende Aufmischungen vermieden werden. Weitere Vorteile der Analyse der Materia¬ lien, z.B. der mineralischen Rohstoffe, im Rahmen des erfin- dungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung des bei den Bear¬ beitungsvorgängen entstehenden oder künstlich erzeugten, auf gewirbelten ^" Gemisches aus grobem Staub und Feinstaub liegen i

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der unmittelbaren Eignung der gewonnenen Probe zur chemi¬ schen Schnellanalyse ohne Aufmahlen oder sonstige Präpara¬ tion und r der verfahrenstechnisch einfach zu erzielenden Repräsen- tativität der Proben _.

Die Repräsentativität der Probe-ist -im Falle stark inhomo¬ gener MaterialZusammensetzung besser als bei Proben, die auf konventionelle Weise gewonnen wurden.

Beides zusammen führt zu einer erheblich schnelleren Analyse der Materialien verglichen mit den bekannten und heute übli¬ chen Verfahren.

Auch ist von Bedeutung, daß sich das erfindungsgemäße Verfah- ren mit verhältnismäßig einfachen und wartungsarmen Appara¬ turen durchführen läßt.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsart des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens wird das Staubgemisch bei der Probennahme durch Druckluft in der Weise erzeugt, daß während des Lade¬ vorgangs durch mehrmaliges Anblasen der Erzladung Staub auf¬ gewirbelt und abgesaugt wird.

Ferner ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung möglich, gröbere Anteile aus dem Staubgemisch in einer oder mehreren Stufen durch gravimetrische Methoden und/oder mit Filtern auszuscheiden. Auch können dabei Staub-Anteile bestimmter Zusammensetzung durch magnetische oder elektrostatische Aus¬ scheidung der anschließenden chemischen Analyse entzogen wer- den. Es hat sich nämlich gezeigt, daß eine bestimmte Korn¬ größenfraktion in vielen Fällen für die chemische Zusammen¬ setzung der zu analysierenden Materialien repräsentativer ist als die übrigen Staubanteile, dies liegt z.B. daran, daß bei der Probennahme bzw. beim Aufsaugen der gröberen Staub- teilchen in verstärktem Maße willkürliche Selektionsprozesse auftreten, bzw. daß feinkörniger Staub aus der Umgebung gleichzeitig auftritt.

Des weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den Fein- staub auf ein Membranfilter aufzubringen und sodann das Ganze, z.B. nach Einkapseln des Filters in eine hermetisch verschließbare Kassette, zur chemischen Analyse weiterzulei- ten. Der Transport solcher Proben kann mit einer Rohrpost¬ anlage rasch und ohne Kontamination durch Umgebungsstaub erfolgen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus den folgenden Schilderungen weiterer

Details anhand von Ausführungsbeispielen sowie aus den bei¬ gefügten Abbildungen hervor.

Es zeigen in schematischer Vereinf chung

Figur 1 das Prinzip einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 2 verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für die Aus- bildung des Vorabscheiders der Vorrichtung nach

Figur 1 ,

Figur 3 verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für die Aus¬ bildung des Staubabscheiders der Vorrichtung nach Figur 1 ,

Figur 4 einen Schaufellader mit einer Ausführungsart der Vorrichtung nach Figur 1 und

Figur 5 im Diagramm den gemittelten Phosphorgehalt nach her kömmlicher Methode im Vergleich zu dem erfindungs¬ gemäß erreichten Ergebnis.

Wie Figur 1 zeigt, wird in dem hier dargestellten Beispiel Eisenerz 1 im Schaufellader 2 zu den Sammelschächten 4 bis 6 transportiert. Beim Laden des Erzes 1 in die Schaufel 2' wir in dieser Ausführungsart der entstehende Staub 3 mit Hilfe

eines Staubsammelkopfes 8 angesaugt. Die Einheit 12 symboli- - siert eine Saugpumpe. Steht an der Meßstelle nicht genügend Staub zur Verfügung oder ist der natürlich anfallende Staub nicht ausreichend repräsentativ, wird die benötigte Staub- menge durch Anblasen des Erzes 1 mit Preßluft, durch in der Nähe des Staubsammelkopfes 8 angeordnete StaubsammelVorrich¬ tungen oder dgl. erzeugt. Der Staubsammelkopf 8 enthält zweckmäßigerweise einen (hier nicht gezeigten) Vorfilter, um bereits an dieser Stelle die maximale Korngröße der Probe festzulegen.

Je nach Art des zu untersuchenden Materials werden in dem anschließenden Separator 9 (siehe auch Figur 2) Staubanteile mit bestimmten Eigenschaften vor der weiteren Untersuchung abgetrennt. Der verbleibende Staub wird dann in dem Luft¬ strom mit Hilfe eines Staubabscheiders 10 (siehe auch Figur 3) entnommen. Der Staubträger - ein Staubfilter oder ein Gefäß, je nach Ausbildung des Staubabscheiders 10 - wird sodann ei- nem Schnellanalysengerät 11 ^' zugeführt.

Der Ablauf des gesammten Vorgangs von der probennahme bis zur Schnellanalyse (Beginn und Ende des Saugvorgangs, Syn¬ chronisation mit einem Anblasegerät oder mit einem-Mahlwer - zeug zur Erzeugung des Staubs, Betrieb des Separator, Luft- durchsatz sowie Zuführung und Entnahme der Proben) wird hier durch die symbolisch dargestellte Steuerung 13 geregelt und kann in rascher Folge wiederholt werden.

Das Analysenergebnis enthält die Aussage über die weitere

Behandlung des in dem Schaufellader 2 befindlichen Minerals 1. In dem skizzierten Ausführungsbeispiel entscheidet das Ergeb¬ nis der Schnellanalyse in der Stufe 11 über die weitere Be¬ handlung des in dem Schaufellader 2 befindlichen Minerals. Das Ergebnis der Schnellanalyse wird in der Steuereinheit 14 aus¬ gewertet, mit deren Hilfe das Mineral 1 je nach "Qualitäts¬ stufe" in den Schacht 4, 5 oder 6 weitergeleitet wird.

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Figur 2 dient zur Veranschaulichung der unterschiedlichen Prinzipien, auf den die Staubtrennung im Separator 9 beruhen kann. Im Beispiel a) wird von der gravimetrischen Trennung Gebrauch gemacht, während im Falle b) magnetisch und im Beispiel c) elektrostatisch Anteile abgesondert werden; in der Praxis wird in der Regel eine spezifische Methode oder eine Kombination mehrerer Methoden angewendet.

Als Staubabscheider 10 läßt sich z.B. gemäß Beispiel 1a in Figur 3 eine Filterabscheideanordnung oder ein Zyklon oder

Impaktor (Figur 3a) . einsetzen. Das mit dem zu untersuchenden Staub belegte Filterblatt 15 (Figur 3a) des Staubabscheiders 10 wird vorzugsweise in einen Behälter eingekapselt und mit diesem Behälter zur Schnellanalyse in die Stufe 11 weiterge- leitet.

Einen im Erzabbau verwendeten Schaufellader mit einer Vor¬ richtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt Figur 4. Der Staubsammelkopf 8 gemäß Figur 1 ist in diesem Beispiel ein Bestandteil des Staubsam elgerätes 17. Separator 9 und Staubabscheider 10 (siehe Figur 1) sind ebenfalls in diesem Gerät 17 untergebracht. Als Saugpumpe 12 dient eine Turbine 18 , die über den Schlauch 19 mit dem Staubsammelgerät 16 verbunden ist. Die Turbine 18 ist für eine Luftdurchsatzleistung von 1 bis 3,5 m /h bezogen auf

2 die Querschnittsfläche'in cm des in dem Sammelgerät 17 ein¬ gelegten Membranfilters - vergleichbar mit dem Filter 15 ge¬ mäß Figur 3a - bzw. bis ca. 300 m /h ausgelegt. Sollte der beim Verladen anfallende Staub nicht ausreichen, wird durch Aufbau einer Luftströmung über der Schaufel 7 mit Hilfe von Preßluft (die hierzu erforderlichen Einrichtungen sind her¬ kömmlicher Natur und daher nicht gezeichnet) sichergestellt, daß auch von weiter entfernt liegenden Bereichen der Schau¬ fel 7 Staub in das Sammelgerät 17 herangeführt wird. Dieses Sammelgerät 16 enthält ein Vorfilter mit nachfolgender Fil¬ tereinheit gemäß Figur 3a bzw. einen Impaktor gemäß Figur 3b. Aufgrund der starken Schwankungen in der mittleren Größe der

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Erzbrocken des zu ladenden Gutes schwankt auch die verfüg¬ bare Staubmenge stark. Durch die Anordnung der Düsen am Schaufelrand 7, mit Hilfe von Preßluft mit in diesem Bei¬ spiel 6 atü und auch durch hohe Saugleistung am Sammel- gerät is -sichergestellt, daß in jedem Fall ausreichend Staubprobenmaterial gesammelt wird. Eine Saugzeit von ca. 20 sec ist bereits ausreichend, um eine genügende Menge an Staubgemisch (ca. 30 mg) für eine Analyse zu sammeln. Die Staubprobe wird anschließend an Bord des Schaufella- ders mit einem speziell für diesen Fall entwickelten, auf einem naßchemischen Verfahren beruhenden Test innerhalb kurzer Zeit analysiert oder nach Entnahme der Feinstaub- Probe zusammen mit dem Membranfilter in einem stationären Röntgenfluoreszenzanalysengerät innerhalb von 10 bis 50 Se- k nden analysiert. Die Analysenzeiten sind bei beiden

Analysenmethoden so kurz, daß dem Fahrer des Schaufella¬ ders bereits vor dem Abkippen seiner Ladung mitgeteilt werden kann, welche Qualität sich gerade in der Schaufel befindet und in welchen Schacht bzw. in welche Deponie er seine Ladung abladen soll.

Ein vergleich des erfindungs emäßen Verfahrens mit der üb¬ lichen, gegenwärtig benutzten Probennahme zeigt, daß die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Phos- phoranalyse wesentlich besser ist. Basierend auf einer Ver¬ suchsreihe, die während des Erzabbaus durchgeführt wurde, lassen sich folgende Fehlerbreiten (Standard-Abweichung) für die beiden genannten Verfahren angeben:

C ^* (P) = 0,25 P für die herkömmliche Standard-Methode

und

£T (P) = 0,14 P für das erfindungsgemäße Verfahren

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Hierbei bedeutet P = Phosphorgehalt der Schaufelladung in Gewichtsprozent (1 = 100 %) .

Figur 5 zeigt die gemittelten Analysenwerte von Schaufel- ladungen sowohl für die Standard-Methode (19) als auch _, fü das erfindungsgemäße Verfahren (20) verglichen mit den Analysenwerten der entsprechenden Wagenladungen nach Ent¬ leeren des Schachtes (21) . Bei dieser Versuchsreihe wurde jede Schaufel analysiert. Während des normalen Produktion ablaufs ist es jedoch nur mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, jede Schaufel zu analysieren, da nur max. 60 sec.für die Analyse zur Verfügung stehen. Tabelle 1 zeigt die Bedeutung des erfindungsgemäßen Verfa rens für die Ausbeute von niedrig-phosphorhaltigem Erz (0,08 % Phosphor) in einem als Beispiel untersuchten Mine abschnitt.

Tabelle 1 :

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Tabelle 1 : Ausbeute an niedrig-phosphorhaltigem Erz für verschiedene analytische Methoden und Verfahren. Die Haupt¬ vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich Schnel¬ ligkeit und Genauigkeit, führen deutlich sichtbar zu einer beträchtlichen Steigerung der Produktion von niedrig-phos- phorhaltigen Eisenerzen.

Auch ist es möglich, aus den Analysenwerten der Einzel¬ schaufeln die Analysenwerten des Gesamtinhaltes der Eiri- zelschächte bzw. der Deponien auszurechnen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in prinzipiell gleicher Weise für die Analyse und anschließende Sortie¬ rung anderer grober bis feinteiliger Materialien verwen- den. Da von der Probennahme bis zu Analyse nur eine kurze Zeitspanne (ca. 1 min) vergeht, verbleibt bei vielen Transportvorgängen genügend Zeit zur Beförderung des Ma¬ terials entsprechend seiner Zusammensetzung oder seiner Qualität zur zugeordneten Lagerstelle oder zum zugeordne- ten Behälter.