DE3241459C1

DE3241459C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abrunden koerniger Feststoffpartikel

Info

Publication number: DE3241459C1
Application number: DE3241459A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. 8247 Flurlingen Borer; Janos Dipl.-Chem.-Ing. 7891 Ettikon Lukacs; Hugo 8211 Hemmental Spalinger
Original assignee: Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1981-12-23
Filing date: 1982-11-10
Publication date: 1983-07-21
Also published as: EP0082816A2; CH667223A5; EP0082816A3; ES518042A0; EP0082816B1; US4476071A; NO156114C; JPS58122032A; DE3278460D1; NO824296L; US4592707A; ES8503526A1; NO156114B; CA1231928A; JPS6359735B2

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abrunden von körnigen Feststoffpartikeln, insbesondere von Hartstoffbruchgranulat.

Gerundete Partikel werden nach verschiedenen Verfahren bereits hergestellt. Ein sehr verbreitetes Verfahren ist das Verdüsen schmelzflüssigen Materials mittels eines Gasstrahls. Dieses Verfahren wird vorwiegend zur Herstellung von kugelförmigen Metallpulvern, aber auch zur Herstellung von Pulvern aus Refraktärmaterialien eingesetzt. Das Verfahren hat den Nachteil, daß es für Hartstoffe, worunter Oxide, Carbide, Boride und Nitride oder refraktäre Metalle mit einer Mohs'schen Härte von >7 verstanden werden, nicht generell einsetzbar ist, da diese Materialien teilweise sehr hohe Schmelzpunkte aufweisen und nicht alle im schmelzflüssigen Zustand chemisch stabil bleiben.

Auch kann die Bildung von hohlkugelförmigen Partikeln bei der Verdüsung nicht immer verhindert werden.

Ein anderes bekanntes Verfahren zur Herstellung gerundeter Partikel ist das oberflächliche Anschmelzen und damit Runden von Feststoffen in einem Hochenergiestrahl, z. B. einem Plasmastrahl. Dieses Verfahren kann wieder nur für Materialien mit stabiler flüssiger Phase eingesetzt werden und ist zudem je nach Material auf Partikelgrößen von ca. 10—200 μΐη begrenzt.

Weiterhin können durch Agglomeration oder Aufbaugranulation von entsprechend feinen Ausgangspulvern und anschließendes Sintern gemäß der DE-OS 29 48 584 gerundete Formkörper hergestellt werden. Ein derartiges Verfahren ist ebenfalls nachteilig, da das Material vorgängig auf ca. Ά00 bis Ά000 der schließlich gewünschten Partikelgröße gemahlen werden muß, damit überhaupt ein sinterfähiges Pulver entsteht, und daß der Durchmesserbereich des Endproduktes auf ca. 0,4 bis 5 mm begrenzt ist.

Weitere in Frage kommende Verfahren wie das Sol-Gel-Verfahren und die Sprühgranulation sind ebenfalls mit Nachteilen behaftet. Das Sol-Gel-Verfahren läßt sich wieder nur für gewisse Materialien anwenden. Es wird vorwiegend für die Herstellung von Oxidkügelchen im Bereich von < 500 μπι eingesetzt. Das Sprühverfahren liefert Produkte ungenügender Qualität. Meist können nur Partikel mit niedriger Dichte, bedingt durch den lockeren Aufbau, hergestellt werden.

Die Erfinder haben sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum Abrunden körniger Feststoffpartikel beliebiger Kornform, insbesondere Hartstoffbruchgranulat, anzugeben, welches die Nachteile der obengenannten Verfahren nicht aufweist. Das vorgeschlagene erfinderische Verfahren zeichnet sich nach dem Wortlaut des Anspruchs 1 aus.

Vorteilhaft liegt die Partikelgröße des Ausgangsmaterials im Bereich von 100 μπι bis zu 5 mm. Als Flüssigkeit wird selbstverständlich eine solche gewählt, die die Ausgangskörnung nicht auf- oder anzulösen vermag. Aus wirtschaftlichen und praktischen Gründen wird vorzugsweise Wasser verwendet. Der Flüssigkeitsstrahl muß derart intensiv sein, daß durch das Aufeinanderprallen der einzelnen Partikel ein gegenseitiger Abrieb bewirkt wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele und an Hand der Zeichnung; diese zeigt schematisch im Schnitt die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

An einem trichterförmigen Behälter 1 mit seitlicher Auslaufleitung 11 befindet sich an dem unteren Ende mittig eine Hauptdüse 2 zum Einspeisen der Flüssigkeit und am oberen Ende ein Überlauf 3. Die Hauptdüse 2 ist in ihrer einfachsten Ausführungsform ein zylindrisches Rohr. Vorteilhaft ragt dieses ins Innere des Behälters 1 hinein. Dadurch kann eine Erhöhung der Abrundungsleistung erreicht werden. Der trichterförmige Teil des Behälters 1 wird bei dieser Anordnung in seiner Höhe H in eine untere Zone A und eine obere Zone B eingeteilt.

Die untere Zone A ist durch die Höhe h begrenzt, wobei diese der Länge des in dem trichterförmigen Teil des Behälters 1 hineinragenden Teils 22 der Hauptdüse 2 entspricht. Vorzugsweise ist die Höhe h etwa ¹Ao der Höhe H. Damit diejenigen Partikel, welche sich in der unteren Zone A befinden, auch am Abrundungsprozeß beteiligt werden, wird mit Hilfe einer parallel zur Hauptdüse 2 geschalteten rohrförmigen in die Auslaufleitung 11 ragenden Hilfsdüse 4 in zeitlichen Abständen zusätzlich Flüssigkeit eingespeist, wodurch das in der unteren Zone A in Ruhe befindliche Material in die.

obere Zone B des Behälters 1, d. h. in die aktive Zone befördert wird. Das impulsweise Ein- und Ausschalten der Hilfsdüse 4 geschieht am einfachsten mit einem Magnetventil 5.

Der Überlauf 3 ist rinnenförmig ausgebildet und hat an einer Stelle einen Ablauf 6, wo die Flüssigkeit zusammen mit dem durch die Abrundung entstandenen feinen Abrieb abgeführt wird. Nach Trennen des Abriebs von der Flüssigkeit in an sich bekannter Weise kann die Flüssigkeit wieder der Hauptdüse 2 zugeführt werden. (Trennvorrichtung und Kreislaufführung der Flüssigkeit sind in der Zeichnung nicht enthalten.) Wenn das Ausgangsmaterial hinreichend abgerundet ist, wird die Flüssigkeitszufuhr für kurze Zeit unterbrochen und das Absperrventil 7, vorteilhaft ein Druckluftmembranventil, geöffnet, so daß das abgerundete Material durch die Auslauf leitung It ausfließen kann und (nicht eingezeichnet) über eine Trennvorrichtung von der Flüssigkeit, die wieder in den Behälter 1 zurückgepumpt wird, befreit wird.

Es hat sich gezeigt, daß die mittlere Sinkgeschwindigkeit der abzurundenden Teilchen in der verwendeten Flüssigkeit mindestens das 1 Of ache der Geschwindigkeit der Flüssigkeit im oberen Bereich b der oberen Zone B des Behälters I₁ also in der Nähe des Überlaufs 3, betragen soll, um ein Austragen der abgerundeten Teilchen aus dem Behälter 1 zu verhindern.

Damit die Menge der pro Zeiteinheit abgerundeten Partikel möglichst groß wird und andererseits alle Partikel in möglichst gleichem Maße, d. h. homogen abgerundet werden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den halben Öffnungswinkel <x des Behälters 1 zwischen 14° und 22° zu legen, denn bei zu großem Öffnungswinkel verharrt ein Teil des abgerundeten Materials an der Behälterwand und wird nicht bewegt. Bei zu kleinem J5 Öffnungswinkel wird andererseits der Durchsatz kleinen Optimal ist ein Trichterwinkel von 19°. Damit die abzurundenden Partikel nicht den Behälter 1 über den Überlauf 3 verlassen können, ist weiterhin von Vorteil, den Behälter 1 nur mit soviel Korn zu füllen, daß die Kornschüttung maximal 40% der Höhe //des Behälters 1 beträgt. Bei einer Höhe H von 150 cm wird die optimale Leistung erzielt, wenn die momentan im Behälter befindliche Materialmenge ca. 50 kg und der Massestrom des Flüssigkeitsstrahls 30 l/min betragen. Bei einem Massestrom des Flüssigkeitsstrahls von 50 l/min sind ca. 75 kg Ausgangsmaterial optimal, d. h. eine Erhöhung des Massestroms des Flüssigkeitsstrahls auf 50 l/min bringt eine etwa proportionale Erhöhung der Leistung mit sich, bzw. pro l/min bewegte ><> Flüssigkeitsmenge können etwa 1,6 kg Ausgangsmaterial behandelt werden.

Diese Beziehung ist praktisch, vom Material unabhängig, wenn seine Dichte wenigstens 2 g/cm³ beträgt. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der oberen Zone B wird im Bereich b mit Hilfe der Hauptdüse 2 vorteilhaft so festgelegt, daß sie nicht mehr als V20 der mittleren Sinkgeschwindigkeit der zu behandelnden Partikel in der verwendeten Flüssigkeit beträgt. Der Durchsatz der Flüssigkeitsmenge durch die Hilfsdüse 4 sollte vorteilhaft mindestens doppelt so groß sein wie der Durchsatz durch die Hauptdüse 2.

Im Betrieb mit Ansätzen von jeweils 50 kg abzurundendem Material bei Verwendung eines Trichters mit einer Höhe //von 150 cm und einem Winkel« von 18,5° konnte nach 55 Stunden Behandlung eine Rundheit (sphericity) nach Krummbein (W. Krummbein, Measurement and Geological Significance of Shape and Roundness of Sedimentary Particles; Journal of Sedimentary petrology, 2, 64—72, 1941) von über 0,6 erreicht werden.

Beispiel 1

50 kg Siliziumcarbid-Schleifkorn der Körnung F 14 (nach FEPA*)), entsprechend einem Körnungsbereich von 1,19—1,68 mm, wurden in einem mit Wasser gefüllten Trichter 1 mit 150 cm Höhe und 100 cm größtem Durchmesser (α = 18,5°) eingegeben. Durch die zylindrische Hauptdüse 2, welche einen Innendurchmesser von 5 mm aufwies, wurden 301 Wasser pro Minute eingespeist. Die Hilfsdüse 4, welche einen Innendurchmesser von 4 mm aufwies, wurde in Abständen von jeweils 10 Minuten während je 20 Sekunden mit einer Durchflußmenge von 60 I/min in Betrieb genommen.

Nach einer Behandlung von 48 Stunden wurde das verbliebene Material — 60% der anfangs eingesetzten Menge — aus dem Behälter entnommen. Es wies eine Rundheit von 0,6—0,7 nach der Krummbein-Skala auf. Die mittlere Korngröße betrug 1,2 mm.

Beispiel 2

Bei Verwendung derselben Vorrichtung und unter gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurden 50 kg Korund Korn SN 24 (nach FEPA), entsprechend einem Körnungsbereich von 0,6—0,84 mm, behandelt. Nach 138 Stunden konnte ein- Material entnommen werden, welches eine Rundheit von 0,6 und eine Oberflächenglattheit (roundness) von 0,9 aufwies. Die Ausbeute an gerundetem Korn betrug 68%. .

Höhere Ausbeuten konnten mit vorkubisiertem Korn als Ausgangsmaterial erreicht werden.

Der aus dem Überlauf 3 anfallende Abrieb wurde in einem Absetzbecken aufgefangen und für die Herstellung von Microkörnungen weiter verwendet.

Beispiel 3

Eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß schon mit kurzen Behandlungszeiten von weniger als 1 Stunde das Schüttgewicht von körnigen Materialien wesentlich erhöht werden kann. So gelang es z. B., das Schüttgewicht von Siliziumcarbid, Körnung SN 8 (nach FEPA), entsprechend einem Körnungsbereich von 2,0—2,8 mm, nach 1 Stunde Behandlung um 15%, nach 3 Stunden Behandlung sogar um 27% gegenüber dem Schüttgewicht des unbehandelten Materials zu erhöhen.

Solchermaßen behandelte Materialien werden mit Vorteil im Feuerfestbereich eingesetzt, da diese eine erhöhte Oxidationsbeständigkeit gegenüber unbehandelten aufweisen. Beim Einsatz als Schleifkorn ergeben sich ebenfalls Vorteile, da die Zähigkeit der gerundeten Körner wesentlich höher ist als die der ungerundeten. Für die Oberflächenbearbeitung von Metallen (Shot Peening) sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gerundete Hartstoffe ebenfalls geeignet. Des weiteren könnte das gerundete Material als Proppants zur Spaltenfüllung in der Erdölindustrie eingesetzt werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte abgerundete Hartstoffe können auch zur Herstellung von verschleißfesten Formkörpern oder Schichten, z. B.

Auskleidungen von Mühlen, Sichtern, Zyklonen oder Förderleitungen, eingesetzt werden, wenn sie als Füllmaterial in Kunststoffharzmassen oder Klebern verwendet werden.

*) Federation europeenne des farbricants de produits
aDrasifs

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abrunden von körnigen Feststoffpartikeln, insbesondere von Hartstoffbruchgranulat, dadurch gekennzeichnet, daß Partikel beliebiger Kornform in einem mit Flüssigkeit gefüllten trichterförmigen Behälter mit Hilfe eines nach oben gerichteten Flüssigkeitsstrahls in ständige Relativbewegung versetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Behälter in dessen oberen Zone nicht mehr als ¹Ao, vorzugsweise V20, der mittleren Sinkgeschwindigkeit der zu behandelnden Partikel in der verwendeten Flüssigkeit beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer nach oben wirkenden Hilfsdüse in Zeitabständen das in der unteren Zone des Behälters befindliche Material in dessen obere Zone gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz der Flüssigkeitsmenge durch die Hilfsdüse mindestens doppelt so groß ist wie der Durchsatz der Flüssigkeitsmenge durch die Hauptdüse.

5. Vorrichtung mit einem trichterförmigen Behälter mit einem Überlauf für die von unten durch eine mittig angeordnete und teilweise in den Behälter ragende Hauptdüse zugeführte Flüssigkeit und mit einer zur Hauptdüse parallel geschalteten Hilfsdüse zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der halbe Öffnungswinkel (α) des trichterförmigen Behälters (1) zwischen 14° und 22° beträgt, daß die Hauptdüse (2) maximal ¹Ao der Höhe (H) des Behälters (1) in diesen hineinragt und die Hilfsdüse (4) in eine Auslaufleitung (11) mit einem Absperrventil (7) ragt.

6. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 4 abgerundeten Materialien als Füllstoff für·40 verschleißfeste Schichten, insbesondere aus Kunstharzmassen.