DE3527898C1 - Einrichtung zum Herausloesen von Mineralen aus dem sie umgebenden Material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Herauslösen von Mineralen aus dem sie umgebenden Material, insbesondere zum Herauslösen von Edelsteinen, Halbedelsteinen bzw. Edel­ metallen, ausgehend von vorbereitenden Behandlungen des ge­ schürften Materials, wie mechanische Zerkleinerung auf vor­ bestimmte Bruchstückgrößen.

Bei der Gewinnung von Edelsteinen oder Halbedelsteinen bzw. Edelmetallen, wie z. B. Diamanten, Gold oder dergleichen, durch Herauslösen aus dem sie umgebenden bzw. sie ein­ schließenden Material, werden je nach Beschaffenheit des zu gewinnenden als auch des sie umgebenden Materials unter­ schiedliche Verfahren angewandt. Die Gewinnung erfolgt so­ wohl im Übertage- als auch im Untertagebergbau, wie z. B. bei der Gewinnung von Diamanten.

Während in manchen Abbaugebieten infolge der Beschaffenheit des abzulösenden Materials und des zu gewinnenden Minerals der Abbau ohne besondere Maschinen, nur von Hand mittels einfacher Werkzeuge betrieben werden kann, z. B. durch Aus­ waschen und Aussortieren bzw. Auslesen aus einem nach dem Auswaschen verbleibenden Konzentrat, muß bei anderen Ge­ winnungsorten infolge des tiefer gelegenen Vorkommens, z. B. von Diamanten, und des dadurch unverwitterten, die Diamanten umgebenden Materials bzw. Gesteins (BLUE GROUND) die Gewin­ nung im Untertagebergbau betrieben werden, beispielsweise nach dem Bruchkammersystem.

Das dabei nach oben geförderte Material wird in Gesteins­ brechern zerkleinert und nachfolgend gewaschen. Das zurück­ bleibende Konzentrat aus schweren Mineralen wird mittels Wasser über sogenannte Fettschütteltische zum Auslesen, z. B. von Diamanten geleitet.

Es ist ferner bekannt, die Auslese aufgrund der fluoreszie­ renden Eigenschaften von Diamanten mit Hilfe elektronisch arbeitender Einrichtungen vorzunehmen.

Bei bisher bekannten Verfahren zur Gewinnung von Mineralen, bei denen nach dem Abbau mittels mechanischer Einwirkungen zuerst eine Zerkleinerung in grobe und nachfolgend in kleinere Bruchstücke, beispielsweise in Gesteinsbrechern erfolgt, wird ein erheblicher Prozentsatz der zu gewinnenden Minerale bzw. gewaschenen Mineralstücke, z. B. Edelsteine oder Halbedelsteine durch Beschädigung beim mechanischen Zerkleinern für die Herstellung von Schmuck oder als Sam­ melobjekt unbrauchbar oder zumindest im Wert stark herab­ gesetzt.

Beispielsweise eignet sich von den insgesamt geförderten Diamanten in bezug auf Größe und Reinheit nur ein sehr ge­ ringer Prozentsatz für die Herstellung von Schmuck. Die Verluste, die durch Beschädigung der für die Herstellung von Schmuck geeigneten Diamanten beim Fördern und insbe­ sondere beim Herauslösen aus dem sie umgebenden Material durch mechanische Einwirkung hervorgerufen werden, liegen schätzungsweise bei einem Anteil von über 30% der Gesamt­ fördermenge.

Aus der US-PS 32 07 447 ist eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Erz bekannt, bei der eine wäßrige Aufschwemmung des zu zerkleinernden Guts in einem Behälter Stoßwellen ausgesetzt wird. Den Stoßwellenerzeugern sind Reflektoren zugeordnet, die die nach außen abgestrahlte Energie in den Behälter lei­ ten. Da die Aufschwemmung den gesamten Behälterinnenraum füllt, ist eine gezielte Bearbeitung einzelner Steine nicht möglich. Auch eine Bearbeitung mit fokussierten Stoßwellen ist wegen der vollständigen Füllung des Behälters nicht möglich. Die Vorrichtung eignet sich daher zur Zerkleinerung großer Mengen von Erz und nicht zum gezielten, schonenden Herauslösen von Edelsteinen aus kleinen Mengen bereits vor­ sortierter oder vorzerkleinerter Materialien.

Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe eine Einrichtung anzugeben, bei der eine Beschädigung bzw. Zerteilung in zu­ mindest für die Schmuckherstellung unbrauchbare Bruchstücke beim Herauslösen bzw. Heraustrennen der zu gewinnenden, von Natur aus in andere Materialien wie Gesteine eingebetteten Minerale, insbesonders Edelsteine wie Diamanten, Saphire, Smaragde oder auch Halbedelsteine vermieden wird.

Das Herauslösen bzw. Heraustrennen soll dabei eine weitere zeitraubende Nachbehandlung zur Entfernung von noch an den Mineralen anhaftenden Gesteinsresten überflüssig machen. Ferner soll der für den Trennvorgang benötigte Zeitaufwand verkürzt werden.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.

Die durch die unkontrollierbare, mechanische Zertrümmerung des geschürften Gesteins zum Freilegen bzw. Herauslösen des zu gewinnenden Materials auftretenden hohen Verluste durch Zerstörung in kleinere, für die Schmuckherstellung nicht mehr brauchbare Splitter oder Teile wird gemäß der Erfindung durch die berührungslose Beaufschlagung des ge­ förderten Materials mit den eingebetteten, zu gewinnenden Mineralen mittels Stoßwellen weitgehend vermieden. Beispiels­ weise bei der Gewinnung von Diamanten läßt sich gemäß der Erfindung ein sehr hoher Prozentsatz von Diamanten in ge­ wachsener Größe unzerstört und unbeschädigt gegenüber dem hohen Verlust bei der mechanischen Behandlung für die Schmuckherstellung erhalten.

Durch die in bekannter Weise erzeugten Stoßwellen, die im allgemeinen aus einem einzigen, kurzzeitigen Druckimpuls bestehen, werden in den beaufschlagten Materialien kurz­ zeitig mechanische Belastungen hervorgerufen, die über deren Festigkeitsgrenze liegen.

Dabei kann die Druckamplitude der Stoßwelle über der Kurz­ zeit-Druckfestigkeit des beaufschlagten Materials liegen, so daß es bereits beim Durchlauf der Vorderseite der Stoß­ druckwelle zu einer Zerstörung des Verbandes des Materials (Steinverbandes) kommt. Entsprechend der Struktur, der Härte und Spaltbarkeit der zu trennenden Minerale, wird die Stärke des Stoßimpulses eingestellt. Ferner kommt im Hinblick auf die (Kristall-)Struktur des zu beaufschlagen­ den Materials der Richtung der Beaufschlagung durch die Stoßwelle Bedeutung zu. Eine Anpassung der Stoßwellenbeauf­ schlagung an die Art und Zusammensetzung sowohl des zu ge­ winnenden als auch an die Art und Zusammensetzung des abzulösenden Materials erfolgt gemäß der Erfindung mittels einer bestimmten Fokussierung der Stoßwelle auf einen Punkt des abzulösenden Materials bzw. des herauszulösenden Mine­ rals oder auch durch eine Fokussierung, bei der das Mate­ rial von der Stoßwellenfront zonenförmig durchlaufen wird. Eine kombinierte Stoßwellenbeaufschlagung des Materials kann in Abhängigkeit von der Beschaffenheit und Art von Vorteil sein.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens dargestellt. Die Ausführungs­ beispiele sind in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine beispielsweise Ausbildung einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer Ansicht von oben mit Einzel­ heiten der Stoßwellenerzeugung, wobei die Fig. 1 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 mit Blickrichtung nach Pfeil A bildet und

Fig. 2 ebenfalls schematisiert in Seitenansicht längs­ geschnitten dargestellt, eine beispielsweise Ausführung der Einrichtung mit Mitteln für einen automatischen Durchlauf des zu trennenden Mate­ rials durch eine Stoßwellen-Beaufschlagungszone.

In Fig. 1 ist mit 1 der Aufnahmebehälter für das zu beauf­ schlagende Material 2 mit den zu gewinnenden Einlagerungen 3 bezeichnet. Der Innenraum 5 des Aufnahmebehälters 1 ist mit einer Koppelflüssigkeit, hier z. B. mit Wasser gefüllt, die das zu beaufschlagende Material 2 vollständig um­ schließt. Das Material 2 liegt dabei auf einer Unterlage auf, die zur Fokussierung der Stoßwellen sowohl senkrecht zur Zeichenblattebene als auch seitlich in Richtung der Zeichenblattebene gemäß der Pfeile B verstellbar vorgesehen ist. Zur Fokussierung dienen bekannte Verstellmittel, deren Einzelheiten der Vereinfachung halber hier nicht dargestellt sind.

Mit 7 ist ferner der Stoßwellenerzeuger bezeichnet, der ein Gehäuse 8 enthält, dessen Innenwandung 9 ein rotations­ symmetrisches Halb-Ellipsoid bildet. Das Gehäuse 8 ist so in den Aufnahmebehälter 1 eingesetzt, daß der Innenraum 12 des Halb-Ellipsoids und damit die Fokussierungsfläche 9 offen in der Koppelflüssigkeit des Behälters 1 liegt. Der Innenraum 12 des Halb-Ellipsoids nimmt einen Stoß­ wellenerreger 13 auf, der über entsprechende Zuleitungen an eine Stromquelle 14 (Batterie/Kondensator) angeschlos­ sen ist. Den Stoßwellenerreger 13 stellt eine Funkenent­ ladungsstrecke 16 dar, die in einem Rohr 18 untergebracht ist. Ferner ist eine Steuereinheit 17 für die Entladungs­ strecke 16 vorgesehen. Durch das Halb-Ellipsoid wird eine punktförmige Fokussierung der erzeugten Stoßwellen 10 be­ wirkt. Im ersten Brennpunkt 11 des Halb-Ellipsoids wird eine Stoßwelle erzeugt, die an der Ellipsoidwandung 9 reflektiert und im zweiten Brennpunkt 11′ gesammelt wird. Der Ablauf der Fokussierung ist derart, daß sich die Stoß­ welle nach ihrer Erzeugung kugelförmig ausbreitet, und zwar bis zur Reflexion an der ein Halb-Ellipsoid bildenden Innenwandung 9 des Stoßwellenerzeugers 7. Damit wird jeder Punkt der Ellipsoidwandung 9 zum Ausgangspunkt einer neuen Kugelwelle. Die reflektierte Stoßwelle stellt sich dabei als einhüllende Elementarwelle dar.

Sämtliche Stoßwellenfronten laufen durch die Reflexion an der Wandung 9 im objektseitigen Brennpunkt 11′ zusammen. Die Stoßwelle kann im Unterschied zum dargestellten Aus­ führungsbeispiel jedoch auch auf andere Weise, z. B. durch eine Unterwasserexplosion oder auch mittels anders geform­ ter Reflektoren, z. B. solche mit einem anderen Krümmungs­ verlauf der Reflektorfläche, oder einer krümmungsveränder­ lichen Reflektorfläche, erzeugt werden.

Das Material 2 wird zur Beaufschlagung durch die Stoßwellen 10 in den Behälter 1 eingebracht, und zwar so, daß das Mate­ rial völlig in die Koppelflüssigkeit eintaucht. Die Beauf­ schlagung kann je nach Art und Zusammensetzung des zu be­ aufschlagenden Materials 2 bzw. des zu gewinnenden Minerals 3 ein oder mehrere Male hintereinander notwendig sein. Es kann dabei auch so verfahren werden, daß z. B. das zu ge­ winnende und bereits durch Stoßwellenbeaufschlagung vom um­ gebenden Material bis auf Reste befreite Mineral für eine Säuberung und Trennung von den noch anhaftenden Gesteins­ resten weiteren Beaufschlagungen unterworfen wird.

Vor der Beschickung der Einrichtung ist eine Aussortierung des Materials auf eine bestimmte Größe zweckdienlich, um bei punktförmiger Beaufschlagung eine Einjustierung des zweiten Brennpunktes 11′ zu vereinfachen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Einrichtung zur Beaufschlagung von Material mittels Stoßwellen, z. B. für das Trennen von unterschiedlichen Mineralen, mit automatischem Durchlauf durch die Beauf­ schlagungszone, beispielsweise mehrerer Stoßwellenerzeuger 7 bzw. 7′ gezeigt.

Dabei ist in den mit der Koppelflüssigkeit gefüllten Innen­ raum 5 des Aufnahmebehälters 1 ein Transportband 20 einge­ setzt, das über einen Einfülltrichter 21 und einen Einfüll­ schacht 22 mit dem zu beaufschlagenden Material 2 beschickt wird.

Über das Transportband 20 wird bei dem gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel das zu beaufschlagende Material an seitlich in die Behälterwand 23 des Aufnahmebehälters 1 eingesetzten Stoßwellenerzeugern 7 bzw. 7′ gemäß der Ausbildung nach Fig. 1 vorbeigeführt.

Die Stoßwellenerzeuger 7 bzw. 7′ stehen dabei in einem seit­ lichen Abstand in Richtung des Bandvorschubes und sind so angeordnet, daß der zweite Brennpunkt 11′ das auf dem Band 20 gelagerte Material etwa im Zentrum trifft. Von beiden Stoßwellenerzeugern 7 bzw. 7′ steht der in Laufrichtung des Bandes 20 zweite (7′) oder gegebenenfalls weitere Stoßwel­ lenerzeuger in einer geringeren Höhenlage gegenüber dem Band 20 als der vorangehende Stoßwellenerzeuger, so daß das durch den ersten Stoßwellenerzeuger 7 zerkleinerte Mate­ rial wiederum etwa im Zentrum durch die Stoßwellen 10 beauf­ schlagt wird und eine noch weitgehendere Trennung bzw. Zer­ kleinerung des Materials erfolgt. Dabei können die Stoß­ wellenerzeuger 7 bzw. 7′ in Richtung ihrer Höhenlage gegen­ über dem Band 20 und bzw. oder in Richtung der Bandbreite zur Fokussierung der Stoßwellen 10 auf das Material 2 ein­ stellbar angeordnet sein. Ebenso sind Ausführungen mit einer noch größeren Anzahl von Stoßwellenerzeugern denkbar.

Das zerkleinerte Material wird mittels des Transportbandes 20 einer Mulde 24 im Behälter 1 zugeführt und über ein Becherwerk 25 nach außen transportiert. Das durch das Becherwerk 25 aus dem wassergefüllten Behälter 1 nach außen transportierte Material 2 kann anschließend in bekannter Weise Spülanlagen zur Trennung der unterschiedlichen Mate­ rialien, z. B. unter Ausnutzung der Gewichtsunterschiede zu­ geführt werden.

Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung kann die Stoß­ welle zum Unterschied gegenüber einer punktförmigen Fokussierung auf eine vorbestimmte Stelle des zu beauf­ schlagenden Teiles 2 auch so fokussiert werden, daß die Stoßwelle das zu beaufschlagende Material als Stoßwellen­ front 10′ durchläuft. Die Anwendung hängt ab von der Art und Beschaffenheit des zu beaufschlagenden Materials.

Claims (7)

1. Einrichtung zum Herauslösen von Mineralen aus dem sie umgebenden Material, insbesondere zum Herauslösen von Edelsteinen, Halbedelsteinen oder Edelmetallen, mit einem flüssigkeitsgefüllten Behälter (1), mindestens einem Stoßwellenerzeuger (7) und mindestens einem zuge­ ordneten Stoßwellenreflektor (8), dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Reflektor (8) so ausgebildet ist, daß er die Stoßwellen auf einen Punkt (11′) oder einen Bereich fokussiert und
• - eine Fördereinrichtung vorgesehen ist, die das ge­ samte zu zerkleinernde Material (2, 3) in oder durch den Fokusbereich bringt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoßwellenerzeuger (7) eine Funkenentladungsstrecke (16) ist und daß der Reflektor (8) ein Halb-Ellipsoid ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fördereinrichtung ein in die Koppelflüssig­ keit eintauchendes, das zu beaufschlagende Material (2, 3) aufnehmendes Förderband (20) ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßwellenerzeuger (7, 7′), bezogen auf die Laufrichtung des Förderbandes (20), im Höhenabstand der Fokussierungspunkte (11, 11′) der Reflektoren (8) einstellbar vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßwellenerzeuger (7, 7′), in dem die Koppelflüssigkeit enthaltenden Behälter (1), seitlich des Förderbandes (20) angeordnet sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse (x) des Reflek­ tor-Halb-Ellipsoids (9) die Aufnahmefläche des Förder­ bandes (20) kreuzt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßwellenerzeuger (7, 7′) in unterschiedlicher Ausrichtung ihrer Reflektor-Rotations­ achse (x) zum zu beaufschlagenden Material (2, 3) im Behälter (1) angeordnet sind.