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Verfahren zur Stofftrennung nach der Wichte mit Hilfe von Schwerflüssigkeitssuspensionen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stofftrennung nach der Wichte mit
Hilfe von Schwerflüssigkeitssuspensionen.
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Es ist bekannt, Gemische von Stoffen verschiedenen spezifischen Gewichtes
dadurch zu trennen, daß das Gemisch in eine Flüssigkeit eingetragen wird, deren
Wichte zwischen der des leichteren und der des schwereren Gemischbestandteils liegt.
In einer solchen Flüssigkeit sinkt der schwere Bestandteil der Aufgabe als Sinkgut
ab, und der leichte steigt als Schwimmgut an die Oberfläche; Sinkgut und Schwimmgut
werden je für sich ausgetragen. Als Schwerflüssigkeit wird praktisch stets die Suspension
eines feinzerteilten, festen Stoffes, des sogenannten Beschwerstoffes, in einer
Flüssigkeit, meist Wasser, verwendet (Schwertrübe). Als solche Beschwerstoffe dienen
z. B. Magnetit, Magnetkies, Schwerspat, Legierungen, wie Ferrosilizium oder synthetische
Stoffe. Obwohl eine solche Suspension, wie alle Suspensionen, zum Absetzen neigt,
kann man bei genügend feiner Aufinahlung des Beschwerstoffes (etwa 600/n unter 60
Mikron) durch ausreichende Agitation der Trübe die Absetzgeschwindigkeit so weit
verlangsamen, daß die Trübe während der Verweilzeit im Scheidegefäß, d. h. also
während des eigentlichen Trennvorganges, einigermaßen stabil zu sein scheint. Der
Bekämpfung des Absetzens im Scheidegefäß durch Agitation der Trübe sind jedoch Grenzen
gesetzt, da jede Agitation das ungestörte. Absinken bzw. Aufsteigen der zu trennenden
Stoffe beeinträchtigt, Es ist auch bekannt, daß solche Trüben durch Zugabe von feinst
aufgemahlenen festen Stoffen, z. B. von Tonen, stabilisiert werden. Solch eine Tonzugabe
hat jedoch den Nachteil, die Viskosität der Trübe stark zu erhöhen, wodurch das
Absinken bzw. Aufsteigen von trennschwierigem Gut verzögert wird. Bekanntlich tritt
in hochviskosen Trüben eine Trennung der feineren Anteile nicht, wie erwünscht,
nach dein spezifischen Gewicht, sondern in der Hauptsache nach der Korngröße und
der Kornform ein. Der gleiche Vorgang findet auch in einer stark bewegten Schwertrübe
statt.
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Bei den bisher bekannten Schwimm- und Sinkverfahren wird deshalb mit
einer Schwertrübe von verhältnismäßig niedriger Viskosität gearbeitet. Da außerdem,
wie gesagt, der Agitation dieser Trübe Grenzen gesetzt sind, tritt im Scheidegefäß
ein Absetzen der Schwertrübe, und zwar sowohl vom Einlaß zum Auslaß als auch von
oben nach unten hin auf. Dadurch stellen sich innerhalb des Scheiders ineinander
übergehende Schichten verschiedener Wichten ein, die sich etwa parabelförmig ausbilden.
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Hat man z. B. eine Trübewi.chte von 2,7 eingestellt, so wird diese
unmittelbar am Einlauf über .die gesamte Badhöhe etwa gleichmäßig ausgebildet sein.
Trägt man diese Wichteschicht von 2,7 über die Länge des Scheiders auf, so bildet
sich infolge der zuerst schnellen, dann langsameren Entmischung ein liegender Parabelast
aus. Dies bedingt, daß sich entsprechend den verschiedenen Schichten unterschiedlicher
Wichten Schwebegut im Scheidegefäß ansammelt, das, vom beabsichtigten Trennschnitt
aus gesehen, Sink- oder Schwimmgut sein müßte. Derjenige Teil dieses Schwebegutes,
der dem beabsichtigten Trennschnitt entsprechend Schwimmgut sein müßte, kann nicht
aufsteigen, da die Wichte im Bad nach oben kontinuierlich abnimmt. Ebenso kann .der
Sinkgutanteil des Schwebegutes nicht zum Scheiderboden absinken, weil er auf Schichten
steigender Wichte trifft. Im ungünstigsten Falle kann selbst Sinkgut mit wesentlich
höherer Wichte als der Trennwichte der Trübe nicht mehr bis zum Boden gelangen,
weil ihm infolge der durch die Entmischung bedingten hohen Feststoftkonzentration
im unteren Bereich des Scheidegefäßes ein weiteres Absinken -vor allem für das feine
Korn - unmöglich gemacht wird.
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Erfindungsgemäß werden diese Nachteile der bisher benutzten Schwertrüben
für die Schwimm- und Sinkaufbereitung dadurch überwunden, daß durch eine besondere
Stabilisierung der Trübe eine Entmischung
sowohl in Richtung vom
Eintrag zum Auslauf als auch von oben nach unten ohne Agitation der Trübe weitgehend
verhindert wird. Es wird also ein hochquellfähiger feingemahlener Ton, z. B. Bentonit,
mit so viel Wasser versetzt; wie für die Quellung des Tones. erforderlich ist, und
der gequollene Ton wird anschließend mit derjenigen Menge eines feingemahlenen Beschwerungsstoffes
und von Wasser innig gemischt, die erforderlich sind, um die fertige Schwertrübe
zu bilden.
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Die hochquellfähigen Tone, die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung
verwandt werden, sind thixotrop. Die Viskosität einer Suspension aus hochquellfähigem
Ton und Wasser steigt nach dem Anrühren innerhalb einer gewissen Zeit auf einen
Maximalwert an. Dieser ist erreicht, wenn der Ton so weit aufgequollen ist, daß
er das gesamte, ursprünglich vorhandene Wasser in eine Gerüststruktur gebunden hat.
Es liegt dann eine gallertartige Flüssigkeit vor. Wird diese Flüssigkeit mechanisch
beansprucht, dann sinkt ihre Viskosität stark ab, und zwar um so stärker, je größer
die Schubspannung ist; mit Abnahme. der mechanischen Beanspruchung steigt sie wieder
an. Werden in eine solche Suspension Beschwerungsstoffe eingebracht und gleichmäßig
in das Tongerüst eingelagert, so verbleiben sie infolge ihres geringen absoluten
Gewichtes lange Zeit in ihrer Lage:.
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Die erfindungsgemäße Schwertrübe wird z. B. in der Weise hergestellt,
daß man zunächst in einem Rehälter einen hochquellfähigen feingemahlenen Ton, z.
B. Bentonit, mit soviel Wasser versetzt, wie für die Quellung des Tones erforderlich
ist. Das Wasser-Ton-Gemisch wird in dem Behälter etwa 48 Stunden gelagert. Nach
dieser Zeit ist der Ton hinreichend gequollen. Nun wird in der Schwimm- und Sinkanlage,
z. B. mittels einer Kreiselpumpe, eine so große Menge Wasser in Umlauf gesetzt,
wie zusätzlich zu dein Wasser, das bereits in dem gequollenen Ton enthalten ist,
für die Bildung der fertigen Schwertrübe benötigt wird. Das in der Schwimm- und
Sinkanlage umlaufende Wasser wird vorteilhaft durch einen @'orratsbehälter geleitet,
in welchem ein Rührer angeordnet ist. In dein Vorratsbehälter werden der gequollene
Ton sowie der Beschwerungsstoff eingebracht und darin innig mit dem umlaufenden
Wasser gemischt. Die so erhaltene Schwertrübe wird anschließend zweckmäßig mittels
der kreiselpumpe einige Male in der Schwimm- und Sinkanlage umgewälzt. Man hat dann
die Gewähr, daß der Ton und der Beschwerungsstoff überall gleichmäßig in der Trübe
verteilt sind. Nunmehr kann der Rührer stillgesetzt und die Schwimm- und Sinkanlage
für den Aufbereitungsprozeß in Betrieb genommen werden.
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Man kann auch so vorgehen, daß zunächst nur der gequollene Ton in
den Vorratsbehälter eingebracht und mit dem Wasser verrührt wird, das in der Schwimm-und
Sinkanlage umläuft. Die dabei erhaltene Wasser-Ton-Suspension wird dann zweckmäßig
einige Male umgewälzt, bevor der Beschwerungsstoff in den Vorratsbehälter gegeben
und mit der Wasser-Ton-Suspension vermischt wird. Auch in diesem Falle empfiehlt
es sich, die so gebildete Schwertrübe noch einige Male umzuwälzen, bevor mit -dem
Aufbereitungsprozeß begonnen wird.
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Wenn für den Betriebseiner kleinen Schwimm- und Sinkanlage nur eine
geringe Menge Schwertrübe benötigt wird, so kann man auch den gesamten Ton und das
gesamte Wasser in einen Rührbehälter geben. Dieses Gemisch wird dann in dem Rührbehälter
so lange gelagert, bis der Tön genügend gequollen ist und ein gallertartiges Tongerüst
bildet, welches das gesamteWasser einschließt. Die hierfür benötigte Zeit beträgt
ebenfalls etwa 48 Stunden. Anschließend wird der Beschwerungsstoff in den Behälter
eingebracht und mittels des Rührwerkes in den gequollenen Ton eingerührt: Durch
die mechanische Beanspruchung, welche er hierbei erfährt, wird er dünnflüssig und
mischt sich deshalb innig mit dem Beschwerungsstoff. Nach Beendigung des Rührvorganges
entsteht in der so erhaltenen Schwertrübe wiederum ein gallertartiges Tongerüst,
in welchem nun die Teile des Beschwerungsstoffes eingelagert sind.
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Die Zusatzmenge an hochquellfähigem Ton, die für die Stabilisierung
der Schwertrübe benötigt wird, ist abhängig von der Art des Beschwerungsstoffes,
von seiner Körnung bzw. Kornverteilung und von der Feststoffvolumenkonzentration
der jeweiligen Schwertrübe. DieseAbhängigkeiten sind beispielsweise in den Diagrammen
1 und 2 für den Zusatz von Bentonit als Stabilisierungsmittel dargestellt.
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Das Diagramm 1 gibt die Abhängigkeit des Bentonitzusatzes von der
Art des Beschwerungsstoffes wieder. Als Beschwerungsstoffe sind Magnetkies (Fe
S; y = 4,7) und Ferrosilicium (Fe Si; y = 6,6) ge. wählt. Beide Beschwerungsstoffe
weisen etwa den gleichen Körnungsaufbau auf. Aus dein Diagramm ist zu ersehen, daß
bei gleicher Wichte (bzw. Feststoffvolumenkonzentration) derFeS- bzw. FeSi-Trübe
die benötigte Menge an Bentonit uin so größer ist je höher das spezifische Gewicht
des Beschwerungsstoffes ist.
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Im Diagramm 2 ist die Abhängigkeit des Bentonitzusatzes von der Körnung
bzw. Kornverteilung des Beschwerungsstoffes dargestellt, und zwar für FeSi-Trüben,
in welchen das FeSi einmal eine Körnung von 60% unter 60 Mikron und zum anderen
eine solche von 98% unter 40 Mikron besitzt. Aus dein Diagramm sieht man z. B.,
daß für eine eingestellte Trübewichte von 2,7 im ersten Fall 16 kg und im zweiten
Fall nur 7 kg Bentonit je m3 Schwertrübe benötigt werden. DieAbhängigkeit des Bentonitzusatzes
von der Feststoffvolumenkonzentration der Trübe bzw. der eingestellten Trübewichte
geht ebenfalls aus dem Diagramm 2 hervor. Es zeigt, daß mit zunehmender Feststoffvolumenkonzentration
der Trübe die benötigte Zugabemenge an Bentonit linear abnimmt.
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Das Diagramm 3 zeigt die Entmischungserscheinungen einer FeSi-Trübe
mit einer eingestellten Wichte von 2,7 mit und ohne Zusatz von hochquellfähigem
Ton in Abhängigkeit von der Zeit. Hierbei wurde die Höhe der Feststoffsäule am Boden
eines mit Trübe gefüllten Standzylinders gemessen. Aus dem Diagramm erkennt man
das schnelle Absinken des Beschwerungsstoffes in einer nicht vorbehandelten, d.
h. nicht mit Ton versetzten Trübe (0% Ton). Eine solche Trübe ist nach etwa 11/z
Stunden nahezu vollständig entmischt. Auf der anderen Seite sieht man, daß eine
Trübe, welcher die für die Stabilisierung erforderliche Menge, nämlich
0,58 Gewichtsprozent, an hochquellfähigem Ton zugesetzt wurde, praktisch
vollständig stabil ist. Wird diese Tonmenge unterschritten, dann sinkt, wie z. B.
die gestrichelte Linie für einen Tonzusatz von 0,52 Gewichtsprozent zeigt,
die Stabilität der Schwertrübe ab; übersteigt man die erforderliche Tonmenge beträchtlich,
dann wirkt sich dies ungünstig auf dieViskosität derSchwertrübe aus.
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Wenn eine Schwertrübe, die gemäß der Erfindung hergestellt wurde,
in dein Scheidegefäß einer Schwimm-und Sinkanlage nur in verhältnismäßig geringem
Maße mechanisch beansprucht wird, so bleibt die Gerüststruktur des Tones und damit
die ursprüngliche
Viskosität der Schwertrübe weitgehend erhalten.
Hierdurch wird ein Absinken der Beschwerstoffteile weitgehend vermieden. Anders
verhalten sich hingegen die Teile des zu trennenden Gutes. Auch das feinste, praktisch
inBetracht kommendeFeinkorn -- etwa 1 mm -hat eine um etwa 103-fache größere Masse
als das gröbste Beschwerstoffteilchen, das höchstens einen Durchmesser von 100 Mikron
besitzt. Das Verhältnis von Gewicht zu Oberfläche ist daher bei den zu trennendenTeilen,etwa
10mal größer als das der gröbsten Beschwerstoffteilchen. Die Verwandlung der potentiellen
Energie der Lage der groben zu trennenden Teile in kinetische reicht daher aus,
in der unmittelbaren Umgebung der absinkenden bzw. aufsteigenden Teile den Thixotropieeffekt
hervorzurufen, d. h. die Viskosität der Trübe stark herabzusetzen. Die zu trennenden
Teile sinken daher in einer dünnflüssigen Hülle ab, bzw. steigen in einer solchen
Hülle auf. Oberhalb der absinkenden Teile baut sich dann das Tongerüst wieder schnell
auf. Hierdurch werden die Beschwerstoffteilchen wieder in das Tongerüst eingebunden
und dadurch festgehalten.
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Man hat also eine Schwertrübe zur Verfügung, deren Viskosität für
die Beschwerstoffteilchen so hoch ist, daß eine Entmischung der Beschwerstoffteilchen
praktisch für die Dauer des Verfahrens nicht eintreten kann. Auf der anderen Seite
hat die Schwertrübe eine so niedrige Viskosität, daß die Trennung des Aufgabegutes
selbst für Feinkorn bis 1 mm, abhängig von der Erzart, nicht wesentlich gestört
wird.
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Bei der Schwimm- und Sinkaufbereitung unter Verwendung einer gemäß
der Erfindung hergestellten Schwertrübe ergibt sich als weiterer Vorteil, daß man
die Durchflußgeschwindigkeit der Schwertrübe durch das Scheidegefäß ohne Gefahr
für eine Entmischung so langsam halten kann, daß auch dem trennschwierigen Feinkorn
genügend Zeit zum Absinken bzw. Aufschwimmen geboten ist. Daß die Anwendbarkeit
des Schwimm- und Sinkverfahrens bisher für Feinkorn Schwierigkeiten bot, lag daran,
daß bei den bisher für die Vermeidung der Entmischung, neben anderen Maßnahmen,
notwendigen hohen Durchflußgeschw indigkeiten kleinerenTeilen desAufgabegutes keine
ausreichende Zeit mehr zum Absinken bzw. Aufsteigen gegeben wurde. Da bei Anwendung
der erfindungsgemäßen Trüben der Trübefluß so langsam gehalten werden kann, wie
es mit dem Austragen des Schwimmgutes gerade vereinbar ist, können auch sehr feinkörnige
Güter noch getrennt werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß zur Bereitung der Trübe nur so viel Beschwerstoff angewendet
werden muß, wie sich rechnerisch aus den spezifischen Gewichten des Beschwerstoffes
und der Suspensionsflüssigkeit zur Einstellung der gewünschten Trennwichte ergibt,
im Gegensatz zum bisherigen Verfahren, wo größere Mengen an Beschwerstoff eingesetzt
werden müssen, um trotz der unvermeidlichen Entmischung die erforderliche Wichte
am Austrag zu halten.
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In den Diagrammen 4 und 5 sind in Form von Wichtekurven nach Paul
zwei Beispiele wiedergegeben, welche den Trennerfolg bei der Aufbereitung von Roteisenerz
in der Klassierung von 1 bis 5 mm in stabilisierten Ferros.ilicium-Trüben zeigen.
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Im ersten Beispiel (Diagramm 4) wurde die FeSi-Trübe durch einen niedrigquellfähigen
Ton, nämlich Osterwald-Ton, stabilisiert. Der Tonzusatz betrug 6,87 Gewichtsprozent
und der Fe Si-Zusatz 28,6 Volumprozent. Die eingestellte Wichte betrug 2,6 und die
Ausgleichswichte 3,38. Die zahlenmäßigen Unterlagen für die Wichtekurven sind in
der Tafel 6 zusammengestellt. Aus dem Diagramm ergibt sich für das Schwimmgut ein
Fehlaustrag von etwa 13% und für das Sinkgut ein solcher von etwa 12%, bezogen auf
die Aufgabe = 100 %.
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Im zweiten Beispiel (Diagramm 5) wurde die FeSi-Trübe durch Zusatz
von Bentonit stabilisiert. Die Stabilität dieserTrübe entspricht derjenigen im ersten
Beispiel. Der Bentonitzusatz betrug 0,8 Gewichtsprozent und der FeSi-Zusatz 28,6
Volumprozent. Die eingestellte Wichte betrug 2,6 und die Ausgleichswichte 2,9. Die
zahlenmäßigen Unterlagen für die Wichtekurven sind in der Tafel 7 zusammengestellt.
Aus den Kurven ergibt sich für das Schwimmgut ein Fehlaustrag von 1,5% und für das
Sinkgut ein Fehlaustrag von nur 0,7%, bezogen auf die Aufgabe =100 0/0.
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Der Vergleich zeigt, daß bei Verwendung einer gemäß der Erfindung
stabilisierten Schwertrübe die Fehlausträge sehr klein sind.
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Entsprechende Versuche mit nichtstabilisierter Fe Si-Trübe konnten
infolge der starken Entmischung dieser Trübe nicht durchgeführt werden.
| Tafel 6 |
| Eirechnung der Grundlagen für die Wichtekurven und die Teilungskurven
(zu Diagramm 4) |
| Schwimmgut Sinkgut |
| Wichtestufe Gewichts- Gewichts- |
| prozent v/0 add.v/o prozent v/o i add.v/o |
| - - - - - - |
| -2,5 |
| 2,5 -2,6 0,6 0,3 0,3 - - - |
| 2,6 -2,8 4,4 2,1 2,4 - - - |
| 2,8 -2,97 13,3 6,1 8,5 0,5 0,3 46,1 |
| 2,97-3,1 26,8 12,2 20,7 6,1 3,3 49,4 |
| 3,1 -3,2 8,7 4,0 24,7 2,0 1,1 50,5 |
| 3,2 -3,33 14,8 6,8 31,5 6,8 3,7 54,2 |
| 3,33-3,49 16,8 7,6 39,1 18,4 10,0 64,2 |
| +3,49 14.6 6,7 45,8 66,2 35,8 i 100,0 |
| Summe .... 100,0 I 45,8 - I 100,0 54,2 I - |
| Zu Tafel 6 |
| Aufgabe Teilungs- |
| Wichtestufe Gewichts- add. Gewichts- zahlen |
| prozent prozent |
| -2,5 - - 0 |
| 2,5 -2,6 0,3 0,3 0 |
| 2,6 -2-,8 2,1 2,4 0 |
| 2,8 -2,97 6,4 8,8 4,7 |
| 2,97-3,1 15,5 24,3 21,3 |
| 3,1 -3,2 5,1 29,4 21,6 |
| 3,2 -3,33 10,5 ; 39,9 35,2 |
| 3,33-3,49 17,6 i 57,5 56.8 |
| -I- 3,49 42,5 i 100,0 84,2 |
| - Summe .... 100,0 I - - |
| Mengenausbringen: Schwimmgut ...... 45,8% |
| Sinkgut . .. ........ 54,2% |
| Tafel 7 |
| Errechnung der Grundlagen für die Wichtekurv en und die Teilungskurven
(zu Diagramm 5) |
| Schwimmgut Sinkgut |
| Wichtestufe Gewichts- Gewichts- |
| prozent v/o add. v/o prozent v/o add. v/o |
| -2,5 1,8 0,10 0,10 - - - |
| 2,5 -2,6 1,2 0,06 0,16 - - - |
| 2,6 -2,8 50,0 2,81 2,97 - - - |
| 2,8 -2,97 42,2 2,36 5,33 3,5 3,3 8,95 |
| 2,97-3,1 4,1 0,27 5,60 13,8 13,0 21,95 |
| 3,1 -3,2 0,7 0,05 5.65 3,8 3,58 25,53 |
| 3,2 -3,33 - - - 14,5 13,7 39,23 |
| 3,33-3,49 - - - 21,1 19,92 59,15 |
| +3,49 - - - 43,3 I 40,85 100,00 |
| Summe .... 100,0 I 5,65 - ( 100,0 94.35 -- |
| Aufgabe Teilungs- |
| Wichtestufe Gewichts- add. Gewichts- zahlen |
| prozent prozent |
| I |
| -2,5 0,10 0,10 - |
| 2,5 -2,6 0,06 0,16 - |
| 2,6 -2,8 2,81 2,97 - |
| 2,8 -2,97 5,66 8,63 58,3 |
| 2,97-3,1 13,27 21,90 98,0 |
| 3,1 -3,2 3,63 25,53 98,7 |
| 3,2 -3,33 13,70 39,23 100,0 |
| 3,33-3,49 19,92 59,15 100,0 |
| +3,49 40,85 100,00 100,0 |
| Summe .... 100,0 - - |
| Mengenausbringen: Schwimmgut ..... 5,65% |
| Sinkgut . . . . . . . . . 94,351/0 |