DE387995C - Verfahren zur Zerkleinerung von festen Stoffen auf trockenem Wege bis zu einer Teilchengroesse unter 0.008 mm Durchmesser - Google Patents

Description

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Eine mechanische Trockenzerkleinerung von festen Stoffen bis zu einer Teilchengröße von unter ο,οοι mm Durchmesser war bisher auf großtechnischem Wege nicht zu erzielen. In der Regel kam man nur bis zu einer Feinheit von 0,008 mm, und selbst bei sehr lange andauerndem Mahlen erreichten nur sehr wenige Teilchen eine Feinheit von der Größenordnung o,oo8 bis ο,οοι mm Durchmesser. Wollte man

j die Gesamtmenge des zu mahlenden Stoffs bis zu solcher Feinheit verteilen, so würde der Kraftaufwand so gewaltig sein und die Mahlung so lange dauern, daß an eine Anwendung dieses Verfahrens in der Großtechnik aus wirtschaftliehen Gründen nicht zu denken ist.

Nun kann man zwar die Verteilung von festen Stoffen in einem flüssigen Dispersionsmittel erheblich weite treiben als auf trockenem Wege, doch sind verhältnismäßig große Mengen

ι von Flüssigkeit notwendig, welche nur schwer wieder durch Filtration beseitigt werden können. Die Verteilung des Gutes in einem flüssigen Dispersionsmittel eignet sich daher wohl für hochwertige Stoffe, ist aber für wohlfeile Stoffe, wie Erze usw., nicht billig genug. Außerdem verbieten manche Stoffe überhaupt die Anwendung irgendeiner Flüssigkeit, zumal des Wassers.

Aus diesem Grunde wurde untersucht, ob es nicht möglich wäre, feste Stoffe auf trockenem Wege bis zur kolloidalen Feinheit zu vermählen. Dabei wurde festgestellt, daß eine Zerkleinerung unter 0,008 mm praktisch nicht möglich ist, wenn die Verteilung bei gewöhnlichem Druck oder unter Überdruck bei Luft als Dispersionsmittel ausgeführt wird, daß man aber zum erstrebten Ziel gelangt, wenn man folgende Grundsätze beachtet:

a) Anwendung eines möglichst hohen Vakuums im Mahlraum,

b) Anwendung von kleinen Mengen geeigneter flüssiger oder trockener Dispersionsbeschleuniger,

c) Anwendung einer Vorrichtung, welche gestattet, die Anteile, die bereits eine genügende Feinheit erreicht haben, dem Bereich des Mahlvorganges ununterbrochen zu entziehen,

d) Anwendung einer möglichst hohen Schlagoder Reibwirkung.

Bei den bisher verwandten Mahlmühlen ist eine Vermahlung unter Vakuum unmöglich. Aus diesem Grunde war auch eine Vermahlung bis zu einer Teilchengröße unter 0,008 mm bisher praktisch nicht durchführbar.

Laut vorliegender Erfindung kann man nun in beliebigen Mühlenbauarten eine wesentlich feinere Vermahlung erreichen, wenn man sie so einrichtet, daß sie unter Vakuum arbeiten ■ können. Dazu müssen die Fugen der Gehäuse durch Gummieinlagen völlig abgedichtet, die Wellen mit einer Hochdruckdichtung, wie sie für Turbinen und Dampfmaschinen üblich sind, versehen werden und die Mühle selbst muß mit einer Vakuumpumpe verbunden werden.

Es wurde festgestellt, daß auf diese Weise • gewöhnliche Kugelmühlen und Kollergänge in _N derselben Zeit bei gleichem Kraftverbrauch ein feineres Mahlgut liefern und daß bei längerer Mahlung auch schon Teilchen von unter 0,001 mm Durchmesser erreicht werden, wenn auch in geringer Menge. Erheblich besser ist das Ergebnis der Vakuummahlung schnelllaufender Mühlen. Sowohl bei Reibmühlen als auch besonders bei Schlagmühlen wächst die Mahlwirkung mit der Umlaufsgeschwindigkeit, ja, es trifft sogar bei den höheren Umlaufsgeschwindigkeiten zu, daß bei der Erhöhung der Umlaufzahl auf das Doppelte die Mahlwirkung nicht nur verdoppelt wird, sqndern noch mehr wächst. Man verwendet daher laut vorliegender so Erfindung für Reibmaschinen eine Umlaufsgeschwindigkeit von 1000 bis 3 000 m in der Minute, und bei Schlagmühlen eine solche bis zu 12000 m. Bei Beobachtung der hier geschilderten Grundsätze kann man auf trockenem Wege ebenso wie mit der Kolloidmühle, System Plauson, in einem flüssigen Dispersionsmittel eine Dispergierung bis zu 0,0001 mm Teilchengröße erzielen.

Um im Vakuum arbeiten zu können, muß go zwischen Vakuumleitung und Mahlmühle ein Filter eingeschaltet werden; man kann dafür entweder Metallsiebe höchster Feinheit verwenden, deren Drähte mit Garn umsponnen

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sind, oder Spulen aus umsponnenem Draht oder eine Filterfiäche aus mehreren aufeinandergeschichteten Blechen, die mit länglichen Löchern versehen sind. Die einzelnen Bleche werden zweckmäßig so aufeinandergelegt, daß die länglichen Löcher des vorhergehenden Blechs sich mit denen des darauffolgenden unter einem Winkel von etwa 90 ° kreuzen, so daß die Gase und etwa mitgerissene Staubteilchen einen Zickzackweg beschreiben müssen. Dadurch wird erzielt, daß die Staubteilchen nach gewisser Zeit selbst die Filterfläche bilden und das Durchtreten weiteren Mahlgutes verhindern, während die Luft durchgesaugt werden kann. Zweckmäßig wendet man gleichzeitig mechanisch" wirkende Vorrichtungen an, die die Oberfläche dieses Siebes durch Abschaben oder Abbürsten rein halten.

Die obenerwähnten Metallsiebe aus umsponnenen Drähten werden zweckmäßig zwischen Staubsichter und einem Sammelraum für . die fertige, fein gemahlene Ware eingeschaltet. Sie haben den Zweck, die ausreichend fein gemahlenen Teilchen durchzulassen, das Grobe aber abzusondern. Ein Verstopfen dieser Siebe wird verhindert entweder durch Klopf- oder Schüttelvorrichtungen oder durch die Anwendung zeitweise wirkenden Vakuums.

Bisher machte schon das Fehlen einer geeigneten Filtereinrichtung das Mahlen im Vakuum unmöglich, denn Zeugfilter unterliegen bei einer derartigen Behandlung einem zu raschen Verschleiß. Erst der neue Erfindungsgedanke, steife, metallische Filter von genügender Festigkeit nach obiger Ausführung zu verwenden, schafft die Möglichkeit für die Durchführung einer Vakuummahlung. Um möglichst feine Poren zu erzielen, kann man das Filter auf bekannte Weise durch poröse Massen, wie Zement, Gips, Ton usw., verdichten.

Die Zufuhr des Mahlgutes zur Mahlvorrichtung geschieht absatzweise durch eine selbsttätig arbeitende, luftdichte Einfüllvorrichtung. Das Mahlgut wird gemahlen, bis die Teilchen eine solche Feinheit erreicht haben, daß die Schleuderkraft und Spuren durch das Vakuum angesaugter Luft (Gase, Dämpfe) den feinen Staub aufwirbeln und durch einen kegeligen Windsichter, der auf der Mühle sitzt, dem Sammelraum zuführen. Zwischen Mühle und Sammelraum bringt man die eine der oben beschriebenen Filtervorrichtungen an, die wohl den hinreichend feinen Teilchen Durchtritt gestattet, aber bewirkt, daß die gröberen Teilchen wieder in die Mühle zurückfallen und weitergemahlen werden. In der Vakuumleitung, die vom Sammelraum zur Vakuumpumpe führt, ist ein staubdichtes Filter eingebaut, das nur die Gase

- durchläßt.

Man kann die Sichtung auch durch ein Regeln des Vakuums herbeiführen und auf diese Weise auch ohne Filtervorrichtungen den gewünschten Feinheitsgrad sowohl in der Mühle wie im Sammelraum einstellen. Um einen Stoff sehr fein zu verteilen, wird man ein sehr hohes Vakuum verwenden müssen und deswegen zweckmäßig unmittelbar an der Mühle einen Stutzen anbringen, der mit einer dichten Filtriervorrichtung versehen an eine zweite Vakuumpumpe angeschlossen ist. Man kann auch mit einer Pumpe auskommen, wenn diese Vakuumleitung unter Verwendung geeigneter Ventile mit der vom Sammelraum verbunden ist.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform besteht die Mühle, die durch die Grundplatten 3 mit dem Fundament verschraubt ist, aus einem Gehäuse mit Doppelmantel i, 2, der zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit oder Heizdampf bestimmt ist. Im Innern des Gehäuses ist exzentrisch ein Schlagrad mit mehreren Schlagstiften oder Schlagnaben 5 angebracht, das in schnelle Umdrehung versetzt werden kann. Den beweglichen Schlagstiften gegenüber sind mehrere feste Gegenschläger (in der Zeichnung 6 Stück) vorgesehen, und zwar je 3 am Gehäuse und an einem im Innern des Gehäuses befindlichen Kern 8. Die feststehenden Schlagstifte 6 und 6" passen genau in die Zwischenräume der Schlagnaben des umlaufenden Rades, sie sind mit Bolzen 7 und η^α in der Weise befestigt, daß ein genaues Einstellen möglich ist. Der Kern 8 im Gehäuse kann aus Holz oder einem beliebigen anderen Stoff bestehen, er dient unter anderem dazu, den Hohlraum 95^N in der Mühle zu verkleinern. Läuft das Schlagrad 4 im Sinne des Uhrzeigers, so werden sich die Teilchen, die noch nicht fein genug sind, durch die Fliehkraft im gleichen Sinne kreisend, um den Kern 8 bewegen und erneut zwischen Schlagrad und Gegenschläger der Zerkleinerung unterworfen.

Für die Zufuhr des Mahlgutes ist eine vakuumdichte, ununterbrochen arbeitende Vorrichtung vorgesehen. Das zu zerkleinernde Gut wird in den Trichter 12 geschüttet, der durch den Deckeli3 mit 2Schrauben 14 fest verschlossen werden kann. In den Zulaufstutzen 9, der das Mahlgut aus dem Trichter in den Hohlraum der . Mühle führt, sind 2 Hähne 10 und 11 ange- no bracht, welche- durch die Räder 15 und 16 zwangläufig gekuppelt sind. Wird die Vorrichtung durch den Riemen 19 vermittels der Riemenscheibe 18 angetrieben, so arbeiten die Hähne in der Weise, daß immer ein Hahn geschlossen ist, wenn der andere sich öffnet. Dadurch wird eine gleichmäßige Zufuhr des Mahlgutes erreicht, ohne daß Luft in den Hohlraum der Mühle eintritt.

Zwecks Erzielung von Vakuum in der Mühle ist der Stutzen 20 über den Windsichter 21, Rohrleitung 24, Abscheidegefäß 25 und Lei-

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tung32 mit einer Vakuumpumpe verbunden. ! Der als Windsichter wirkende Trichter 21 kann j oben durch ein für sehr feine Teilchen durch- j lässiges Sieb 22 abgeschlossen sein. Dieses dient dazu, etwa mitgerissene gröbere Teilchen zurückzuhalten. Um einer Verstopfung des Siebes vorzubeugen, ist ein Exzenter 23, das ' das Sieb auf und ab bewegt, oder eine Klopfvorrichtung vorgesehen.

Statt des Siebes kann man auch allein einen Windsichter verwenden, dessen Höhe je nach der Feinheit, die erzielt werden soll, bemessen wird. Das Gefäß 25 dient zur Aufnahme des " feinen Staubes, es kann durch die vakuumdicht verschließbare Öffnung 27 entleert werden. Die Prellwand 26 trägt mit dazu bei, daß die feinen Staubteilchen sich abscheiden und nicht mit zur Vakuumpumpe emporgehoben werden, i Hierzu dient außerdem das auf dem Gefäß an- ' gebrachte, für die feinsten Teilchen undurchlässige, nur für Gas durchlässige Sieb 31. Eine Verstopfung dieses Siebes wird durch die Bürsten 29, die vermittels Riemenscheibe 30 in Drehung versetzt werden können, verhindert. ' Durch Zusatz von geringen Mengen gewisser ■ Stoffe zum Mahlgut kann man nicht nur einen höheren Feinheitsgrad erzielen, sondern auch den erforderlichen Kraftaufwand verringern. Worauf die Wirkung dieser Zusätze beruht, ist bis jetzt noch nicht aufgeklärt. Sehr günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn man einem festen Stoff eine kleine Menge, etwa 1 bis 5 Prozent eines dispersionsbeschleunigenden Mittels zusetzt, z. B. einer Flüssigkeit, wie Wasser, , oder 33prozentige Wasserglaslösung oder Sulfitlauge. Ähnlich können geringe Mengen eines Gerbstoffes oder eines Eiweißstoffes oder deren wäßrige Lösungen die Trockenvermahlung von festen Stoffen merklich beschleunigen, obwohl das Mahlgut sich keineswegs feucht anfühlt. Derartige Zusätze wirken als Dispersatoren. Die besten Ergebnisse werden mit Schlagmühlen erzielt, deren Schlagkreuz exzentrisch eingebaut ist und von einer Dampfturbine mit sehr hoher Umlaufzahl angetrieben wird. Selbstverständlich kann man auch schnellaufende Schlagmühlen anderer Art und auch schnelllaufende Reibmühlen verwenden, wenn dieselben für Vakuum umgebaut sind. Will man die nach vorstehendem Verfahren bis zu kolloider Feinheit verteilten Stoffe in i kolloide Sole umwandeln, so ist dies nicht ohne weiteres durch Vermischen mit Wasser möglich, es sei denn, daß beim Mahlen Zusätze von Dispersatoren oder Schutzkolloiden gemacht worden waren. War dies nicht der Fall, so muß ein derartiger Zusatz nunmehr erfolgen. So wird man z. B. für Graphit geringe Mengen Tanninsäure oder eines anderen künstlichen oder natürlichen Gerbstoffes zusetzen. Für Talkum, Eisenoxyd, Tonerde, Phosphate usw. wird man 1 bis 5 Prozent 33prozentiges Wasserglas oder Sulfitlauge verwenden, für Mineralfarben je nach der Natur Alkali, Aluminat usw. Dies dient aber als Beweis der Feinmahlung, denn wenn man Stoffe von 0,1 bis 0,02 mm Teilchengröße mit den gleichen Zusätzen in Wasser mischt, kann man noch keinen SoI-zustand erzielen. Die auf diese Weise erzeugten kolloiden Solen dagegen zeigen die Brownsche Bewegung, den Tyndallschen Kegel; sie lassen sich ferner durch Zusatz von Säuren oder anderen stark ionisierten Stoffen ausflocken und koagulieren genau wie jede andere kolloide Lösung.

Claims (6)

7 Patent- Ansprüche:

1. Verfahren zur Zerkleinerung von festen Stoffen auf trockenem Wege bis zu einer Teilchengröße unter 0,008 mm Durchmesser, 8· dadurch gekennzeichnet, daß das Mahlen in Mühlen vorgenommen wird, deren Zerkleinerungswerkzeuge im weitgehend luftleer gemachten Mühlengehäuse mit mindestens 1000 Umdrehungen in der Minute laufen.

2. Ausführungsart des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerung unter Vakuum in Gegenwart von geringen Mengen dispersionsbeschleunigender Mittel vorgenommen wird.

3. Ausführungsart der Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerung unter Vakuum in schnellaufenden Schlagkreuzmühlen mit exzentrisch eingebautem Schlagkreuz vorgenommen wird.

4. Ausführungsart der Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerung in schnellaufenden ic Reibmühlen vorgenommen wird.

5. Ausführungsart der Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichtung des Mahlgutes durch Regeln der Luftverdünnung in der Zerkleinerungs- ic vorrichtung erzielt wird.

6. Vorrichtung zur Zerkleinerung von festen Stoffen nach Anspruch I bis 5, gekennzeichnet durch in die Ableitung eingeschaltete Siebe oder Sichter, die ein Übertreten des Feingutes in die Luftpumpe verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

BERLIN. GEDRUCKT IN DKR