DE3300550A1 - Verfahren zum klassifizieren eines kristallgemisches oder zum anreichern von gesteinsarten oder mischkristallen in partikelform - Google Patents

Description

• Verfahren zum Klassifizieren eines Kristallgemisches oder zum Anreichern von Gerste in arten oder Mischkristallen in Partikelform Verfahren zum Klassifizieren eines Kristallgemisches oder zum Anreichern von Gesteinsarten oder Mischkristallen in Partikelform Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klassifizieren eines Kristallgemisches oder zum Anreichern von Gesteinsarten oder Mischkristallen in Partikelform durch Auffangen der Partikeln in einem gasstrom zum Separieren von Partikeln mit verschiedener Größe und/oder Gewicht vermittels natürlicher oder künstlicher Gravitation. Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders zum Klassifizieren eines Gemisches aus Kristallpartikeln verschiedener Art oder zum Anreichern von feinverteilten Gesteinsarten oder Mischkristallen mit so nahe beieinander liegenden Dichten, daß dieselben nicht in praktischer gleise mittels herkömmlicher Verfahren oder Vorrichtungen, wie z.B. Schwimmaufbereitungszellen, getrenat werden können.
• Unter "Kristallgemisch" wird in diesem Zusammenhang eine Mischung von zwei oder mehreren Kristalltypen verstanden, während dagegen "Mischkristalle" eine Mischung von Kristallen mit variierender Zusammensetzung bezeichnen soll. Ein Beispiel von "künstlicher Gravitation" stellt die Zyklonseparation dar.
• Anreicherung von Mineralien führt man gegenwärtig zumeist mittels chemischer Schwimmaufbereitungsverfahren oder mittels Mahl- und Siebverfahren durch. Auf der Grundlage der chemischen, physikalischen oder Struktureigenschaften der Minerale benehmen sich diese verschieden je nach dem Behandlungsmilieu. Verschiedene Minerale erfordern verschiedene Anreicherungsverfahren, die selbtsverständlich jeweils ihre Vor- und Nachteile haben. Chemische Schwimmaufbereitungsverfahren erfordern Chemikalien, die im Hinblick auf den Umxeltschutz möglichst weitgehend sollten zurückgewonnen und wiederverwendet werden. Die Schwimmaufbereitungsprozesse, die in Gebrauch genommen worden sind, beruhen in hohem Grad auf praktischen Anwendungen, und dies gibt zu erkennen, daß es schwer fällt, auf Grund chemischer und physikalischer Gesetze direkt den Verlauf des Prozesses vorauszusagen. Anreicherung durch Mahlen und Sieben ist stark von den physikalischen Eigenschaften der verschiedenen Minerale abhängig, wobei der Härte der Minerale eine entscheidende Bedeutung zukommt und gar oft Mahleinrichtungen von speziellem Charakter zum Erzielen guter Anreicherungsergebnisse von Nöten sind.
• Die vorliegende Erfindung dient demgemäß dem Zweck, eine Vorgangsweise zum Klassifizieren eines Kristallgemisches oder zum Anreichern von Gesteinsarten oder Mischkristallen in Partikelform hervorzubringen, worin die verschiedenen Partikeln unter normalen Separationsverhältnissen so nahe gleiche Eigenschaften aufweisen, daß deren Separierung entweder unmöglich oder schwer ausführbar ist, oder eine selektive Veränderung derjenigen Eigenschaften zu bewirken, auf die sich die Separation gründet, in solcher gleise, daß die Separation wesentlich erleichtert wird.
• Erfindungsgemäß werden die Partikeln somit vor oder während der Trennung auf eine so hohe Temperatur erhitzt, daß ein für die Trennung hinreichender Unterschied im Volumen und/oder Gewicht der verschiedenen Partikeln erhalten wird. Indem die Trennung in einem gasstrom auf Grund des verschiedenen Gewichts oder Volumens der Partikeln erfolgt, hat man demnach dahin gestrebt, eine selektive Veränderung dieser Parameter zu erzielen, so daß sich das Gewicht und/oder das Volumen der verschiedenen Partikeln entweder auf Grund einer Umordnung in der Partikel, auf Grund eines Austausches mit der Umgebung, eines ärmeaustausches, eines Zerfalls usw.
• verändert.
• Indem die physikalischen und strukturmäßigen Eigenschaften als Funktion der Temperatur variieren, baut die vorliegende Erfindung folglich auf dem Auftreten verschiedener Kristalle und Minerale unter verschiedenen thermischen Verhältnissen auf. Gesteinsarten, die verschiedene Mineralzusammensetzungen enthalten, kann man durch eine thermische Behandlung in einer geeigneten Apparatur so beeinflussen, daß eine gegebene Mineralfraktion angereichert werden kann. Falls die verschiedenen Minerale in den Gesteinsarten oder Kristallen passend hohe Verschiedenheit ihrer physikalischen Eigenschfton, wie z.B. Härte, firmeleitvermögen und Gärmeausdehnungsvarnogen, aufweisen sowie falls sich die Struktur eines Minerals oder Kristalls infolge der thermischen Bedingungen verändert, kann man Anreicherung eines gegebenen Minerals oder einer Kristall fraktion durch Vahl eines geeigneten Reaktortyps und geeigneter Strömungsverhältnisse erwirken.
• Im Vergleich mit den chemischen Schwimmaufbereitungsverfahren gewinnt man beim Ausführen einer thermischen Anreicherung die folgenden Vorteile: der Prozet kann in trockener Umgebung durchgeführt werden; man vermeidet die Chemikalienanwendung; der Mahlvorgang wird einfacher.
• Die vorliegende thermische Anreicherungsweise beruht somit auf den physikalischen und strakturmäßigen Eigenschaften verschiedener Minerale und Kristalle und darauf, wie diese Eigenschaften als Funktion der Temperatur variieren. Physikalische Eigenschaften wie z.B. Härte, Wärmeleitvermögen und Wärmeausdehnung sowie Strukturumwandlungen sind hierbei wichtige Parameter, und für Mineral- oder Kristallzusammensetzungen wo diese kombiniert werden können kann man den Anreicherungsprozeß noch weiter verbessern. Durch das erfindungsgemäße Vorgehen können auch Partikeln mit nahe gleicher Dichte jedoch mit ungleichem Wärmeausdehnungsvermögen durch ihr verändertes Volumen klassifiziert werden. Beim Behandeln chemischer Salzmischungen, z.B. verschiedener Hydrate (Gips)} können Unterschiede in der Partikelform der verschiedenen Salze erzeugt werden, wonach anschließend Partikeln der verschiedenen Salzkristalle klassifiziert werden können.
• Wenn eine Gesteinsart, die mehrere Mineralkomponenten enthält, zu passender Partikelgröße gebrochen und gemahlen worden ist und danach in einen passend erhitzten Reaktor eingegeben wird, in dem passende Strömungsverhältnisse herrschen, wird das Material rasch erhitzt. Hierbei können sich infolge des Wärmeschocks, dem das Material ausgesetzt wird, kleine Risse in einigen Mineralen oder an den Grenzflächen zwischen verschiedenen Mineralen bilden, da verschiedene Minerale je nach den spezifischen Eigenschaften der Minerale verschiedenen Einflüssen unterliegen. Falls sich die Kristallstruktur der Minerale ändert, wirkt dies auch zumeist auf das Kristallvolumen ein, und dies trägt seinerseits zu Rißbildung und Zerteilung der Partikeln bei. Sind die Strömungsverhältnisse im Reaktor passend, so daß erhitzte Gase die Partikeln in der Schwebe und in Bewegung halten können, werden Abnutzungseffekte dazu beitragen, daß Material mit geringerer Härte bzw. solches, wo Rißbildung eingetreten ist, zerkleinert wird. Nachdem der Prozeß sein Gleichgewicht erreicht hat und die Materialbilanz festliegt, kann die zerkleinerte Materialfraktion durch eine passende Gasströmung aus dem Reaktor herausgezogen und z.B. in einem Klassifizierer abgeschieden werden. Die gröbere Fraktion kann aus dem Bett herausgeholt werden. Bei Bedarf können die Materialfraktionen nach der Partikelgröße oder nach gewünschtem Mineralgehalt aufgeteilt werden, so daß man das Material teilweise als Produkt entnehmen und teilweise in den Reaktor zurückführen kann.
• Man kann den thermischen Anreicherungsprozeß auf Mineralgemische anwenden, wenn z.B. Spodumen aus einem Gemisch von Spodumen, Quarz und Feldspat angereichert wird; wollastonit aus einem Gemisch von Wollastonit und Kalzit; Dolomit aus einem Gemisch von Dolomit und Quarz oder einer Aufteilung von Dolomit in Mg-reiche und Ca-reiche Fraktionen.
• Für das thermische Anreicherungsverfahren kann ein passender Reaktor ein solcher vom Birbelbettyp sein (s. z.B. FI-PS 54160 und Daizo Kunü und Octave Levenspiel, "Fluidization Engineering", 1969, 28-31) um gute ärmeübertragung, passende Gasströmungsverhältnisse und passende Partikelbewegungsverhältnisse zu erhalten. Die Materialkomposition soll vorzugsweise zu einer Partikelgröße von -2 mm gemahlen sein. Eine untere Grenze für den Partikeldurchmesser ist nicht notwendig, aber es kann in bestimmten Fällen günstig sein, wenn die feinsten Partikeln abgeschieden sind, ehe das Material im Reaktor eingeführt wird. Der Reaktor kann indirekt oder direkt geheizt sein. Um passende Mischung des Materials im Reaktor zu erzielen, kann man passende Gasströme gegen das Material richten. Der Gasstrom im Reaktor ist auch so zu regeln, daß die gewünschte Menge kleiner Partikeln aus dem Reaktor herausgeführt unl vom Gasstrom abgeschieden werden kann, z.B. über ein Filter, einen Zyklon, ein Sieb, einen pneumstischen Klassifizierer oder einen Venturiwascher.
• Es ist allt?riin bekannt, versehiedensrtige Materiale in einem Sirbelbettreaktor zu behandeln und daran anschließend das Gas mitsamt seinem Gehalt an Festpartikeln einem Zyklonseparator zuzuleiten. Das Ziel war hierbei jedoch vorwiegend, das feste Material entweder zu trocknen oder umzusetzen und danach die mit den Gasen mitgerissenen feineren Partikeln in einem Zyklonseparator abæuscheiden. Solche Vorrichtungen sind nicht verwendet worden zum Klassifizieren einer Kristallmischung oder zum Anreichern von Gesteinsarten oder Mischkristallen in Partikelform durch Erhitzen der Partikeln auf eine derart hohe Temperatur, daß die für die Trennung hinreichende Differenz im Gewicht und/oder Volumen der verschiedenartigen Partikeln erzielt wird. Es ist besonders zu bemerken, daß die vorliegende Erfindung das Trennen von Partikeln möglich macht, die ansonsten gänzlich unmöglich oder schwer voneinander zu trennen wären mittels herkömmlicher Verfahren. Es genügt somit nicht, daß man die Temperatur der Partikeln erhöht; vielmehr muß die Temperatur so weit gesteigert werden, daß ein für die Separation genügender Unterschied im Gewicht und/oder Volumen der Partikeln erreicht wird, jedoch ohne daß Sintern eintritt. Man kann den iiärmeinhalt der Partikeln anschließend verwerten, indem diese direkt in einen passenden pyrotechnischen Prozeß eingegeben werden.
• Die vorliegende Erfindung wird hiernach näher mit Verweis auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, in welcher Fig. 1 ein schematisches Flußschema für die thermische Anreicherung der vorliegenden Erfindung gemäß wiedergibt und Fig. 2 ein zweites Flußschema darstellt, speziell beabsichtigt zum Anreichern von Spodumen aus einer Spodumen, Quarz und Feldspat enthaltenden Mineralmischung.
• Das Kristall- oder Mineralgemisch durchläuft den Brechvorgang 1 und den mahlvorgang 2 zu passender Partikel größe (mindestens 50 % unter 2 mm). Das Material wird dann in einen Reaktor 3 eingeführt, in den auch Brennstoff 12 und Gas 13 eingeleitet werden, und aus dem ein grobe Partikeln enthaltender Materialstrom 14 sowie ein feine Partikeln enthaltender M;aterialstrom 15 herausgeführt werden. Ein weiterer Materialstrom 14, der grobe Partikeln enthält, kann über einen {ärmetauscher 8 Zärmeenergie abgeben. Der ;4eterialstrom 15, der feine Partikeln im Abgas 20 enthält, wird in ein Partikelab- scheidesystem 4,5,6,9 eingeführt, wleches je nach den Prozeßverhältnissen aus einem Filter, Sieb, Zyklon, pneumatischen Klassifizieren, VdHLuriwnnahor odor aua einer Kombination von diesen beatehen kann.
• Der Materialstrom 15, der feine Partikeln enthält, kann somit in eine Anzahl Fraktionen 16-18 aufgeteilt werden, deren Partikelgrößen und Kristallgehalte variieren. Die Fraktionen, die Produkte verschiedener Grade ausmachen können, oder auch Abfall, kann man bei Bedarf auch zum Reaktor 3 zurückführen 19. Um verbesserten Wärmehaushalt im Prozeß au erlangen, kann man verschiedene iärmeaustauschertypen 7,10,11 einbauen. Herausgeholte Materialfraktionen kann man sogar in erhitztem Zustand solchen nachfolgenden Prozeßsystemen zuführen, die erhitzte Materialströme erfordern. Das Abgas 20, das durch den Partikelabscheider 4, die Kühlstufe 5, den Partikelabscheider 6 und den Ktirmetauscher 11 geht, wird aus dem letztgenannten herausgeholt, nachdem es Wärme an den Brennstoff 12 abgegeben hat.
• Beispiel Ein Mineralgemisch mit der Zusammensetzung 61 Gew.-% Spodumen und 39 Gew.-% Quarz und Feldspat und mit Partikeldurchmesser 0,19 mm wurde in einen nach Fig. 2 angeschlossenen Wirbelbettreaktor eingegeben, und zwar ist in der Zeichnung der Reaktor mit der Bezugsziffer 1, der Zyklon mit 2 und der Venturiwascher mit 3 bezeichnet.
• Die Temperatur im Reaktor 1 betrug 10000C, erzielt durch Verbrennung vom leichtem Foueröl. Der Reaktor hatte 300 mm Durchmesser und 3400 mm Höhe.
• Die Materialeinfuhr in den Reaktor 1 belief sich auf 29,9 kg/h, und man erhielt 11,5 kg/h Konzentrat der groben Fraktion sowie 18,4 kg/h Konzentrat der feinen Fraktion. Der Spodumengehalt des Konzentrats der feinen Fraktion vom rascher 3 war 83 % und derjenige des Konzentrats der groben Fraktion war 27 % vom Reaktor 1. Im Konzentrat der feinen Fraktion erfolgte somit Anreicherung des Spodumengehalts um 22 Prozenteinheiten, während der Quarz- und Feldspatgenllt in Konzentrat der groben Fraktion um 34 Prozenteinheiten angereichert wurde.
• Bei Temperaturen um 10000C erfahren die Spodumenkristalle eine Strukturumwandlung von der Alfa- zur Betaform, und hierbei findet eine Kristallausdehnung von etwa 23 Vol.-% statt, bei Abfall der Dichte von 3,15 auf 2,41 g/cm3. Die Volumenausdehnung für Feldspat und Quarz bei Erhitzung auf 10000C ist etwa 2-3 %. Die Mohs-Härte der Minerale beträgt 6 bis 7.
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Claims (6)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Klassifizieren eines Kr,itallgemisches oder zum anreichern von Gesteinsarten oder Mischkristallen in Partikelform durch Auffangen der Partikeln in einem Gasstrom zum Separieren der Partikeln mit verschiedener Größe und/oder Gewicht mittels natürlicher oder künstlicher Gravitation, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder während der Separation die Partikeln auf eine so hohe Temperatur erhitzt werden, daß ein für die Trennung hinreichender Unterschied im Volumen und/oder Gewicht der verschiedenen Partikeln erzielt wird.
2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikeln einer schockähnlichen Erhitzung unterzogen werden, um die Rißbildung und den Zerfall der Partikeln in kleinere Teilpartikeln verschiedenr Größen zu fördern.
3. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikeln mit Hilfe von heißen Vebrennungsgasen erhitzt und in einem wirbelbett schwebend gehalten werden, wobei eine grobe Fraktion dem wirbelbett entnommen wird, während eine oder mehrere immer feinere Fraktionen von den Gasen getrennt werden, die durch das Wirbelbett hindurchgegangen sind.
4. 4. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der gröberen Fraktion oder Fraktionen zurückgeführt und erneut erhitzt wird, um weitere Separation zu erzielen.
5. 5. Verfahren gemäß irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikeln, die erhitzt werden, einen Durchmesser haben, der in der Hauptsache unter 2 mm liegt.
6. 6. Verfahren gemäß irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mineralmischung von Spodumen, Quarz und Feldspat auf eine Temperatur von 900-1000°C, vorteilhaft etwa 1000°C, erhitzt wird.