DE3871905T2

DE3871905T2 - Verfahren und vorrichtung zur abtrennung und gewinnung von partikeln.

Info

Publication number: DE3871905T2
Application number: DE8888310691T
Authority: DE
Inventors: Francois J Callut
Original assignee: RYAN INVESTMENTS
Current assignee: RYAN INVESTMENTS
Priority date: 1987-11-11
Filing date: 1988-11-11
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2008-11-12
Also published as: AU627699B2; US4865740A; ZW14288A1; GB8726428D0; EP0316201B1; GB8826404D0; AU2491788A; ATE77063T1; PL275734A1; GB2212077B; ZA888142B; GB2212077A; IN170380B; PL161347B1; EP0316201A1; ES2032569T3; DE3871905D1

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen in dem Verfahren und der Einrichtung zur Abtrennung und Gewinnung von Partikeln.
Es gibt verschiedene Anwendungsfälle, bei denen eine wirtschaftliche und ökologische Abtrennung und Gewinnung von Partikeln aus einem unbearbeiteten Grundmaterial und ein unbehandelter Durchlauf des Minenmaterials (R.O.M.) gewünscht sind. Ein Beispiel dafür bilden Erdaufwürfe, aufgerichtete Bodenkippen oder Aschehaufen, die in der Montanindustrie aufgehäuft werden und aus einem Material bestehen, das als Grundmaterial angesehen wurde oder wird, welches bei der Gewinnung eines Minerals von einer Mine gewonnen wird. Derartige Bodenkippen, Aschehaufen oder Becken enthalten relativ große Mengen des betroffenen Minerals, jedoch in einer Form, die zum Zeitpunkt der Bildung der Auswurfreserve für eine Gewinnung als nicht Wiedergewinnungswert angesehen wurde. Allgemein ausgedrückt, hat das Mineral in dem Aschehaufen und dem Becken eine besondere Form und eine derartig geringe Korngröße, daß eine ökonomische Gewinnung als unmöglich angesehen wurde.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Gewinnung und Abtrennung von Partikeln mit den genannten kleinen Korngrößen, so daß nicht nur die betroffenen Mineralien gewonnen werden können, sondern daß die Aschehaufen und Becken in dem Prozess abgebaut und wieder verteilt werden können, um ein unansehnliches Aussehen der Landschaft zu beseitigen.
Insbesondere, aber nicht ausschließlich ist die Gewinnung von Kohle aus Aschehaufen und Becken betroffen. Der Betrag der in einem solchen Reservoir enthaltenen Kohle ist von Gebiet zu Gebiet unterschiedlich. Wir haben jedoch herausgefunden, daß 20 - 100 % der anwesenden Kohle eine Korngröße der Partikel von 1 mm oder weniger hat. Bisher glaubte man, daß Kohle mit dieser Korngröße nicht wirtschaftlich zurückgewinnbar ist. Wir haben jetzt herausgefunden, daß der größere Teil dieser Kohle, z.B. 70 - 100 Gewichtsprozente, durch Anwendung von Zyklonen-Abscheidern gewonnen werden kann.
Es ist bekannt, Zyklonen-Abscheider für die Abtrennung und die Gewinnung von granulatförmigem oder partikelförmigem Material zu verwenden. Derartige Abscheider enthalten ein oberes zylinderförmiges Teil mit einer koaxialen Röhre (Wirbelfinder) darin sowie ein frustro-konisches Teil, das sich von dem zylinderförmigen Teil bis zu dem Ausfluß oder Überlauf mit dem kleineren Durchmesser erstreckt. Das abzutrennende Material wird in ein flüssiges Medium gemischt, um einen Schlamm zu bilden, und wird dann im wesentlichen tangential in das zylinderförmige Teil eingebracht, so daß es sich spiralförmig um die Röhre und dann in Richtung der Unterströmung bewegt. Nach dem Passieren des inneren Endes der Röhre ändert ein Teil des Mediums seine Richtung und fließt nach oben über die Röhre, um an dem Überlauf auszutreten, wobei Partikel geringerer Dichte und Korngröße mitgenommen werden und der Rest über die Unterströmung austritt.
BE-A-516 688 und GB-A-718 845 zeigen ein Verfahren zum Abtrennen und zur Gewinnung von Partikeln, bei dem das in einem flüssigen Medium enthaltene Material über eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zyklonen-Abscheidern geführt wird, wobei der Zyklonen-Winkel der Abscheider in Flußrichtung abnimmt. Die vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von diesem Stand der Technik dadurch, daß der Zyklonen-Winkel eines in Reihe geschalteten Abscheiders nach einer besonderen Formel berechnet wird, die von dem Winkel des vorderen Abscheiders und außerdem von dem Durchmesser des abzuscheidenden Materials abhängig ist.
Die maximale Dichte des zu gewinnenden Minerals ist im allgemeinen bekannt. Im Falle von Kohle liegt die Dichte in der Größenordnung von 1,5 - 2,5 und häufiger von 1,8 - 2,0. Es wurde bisher als nicht möglich oder nicht praktikabel angesehen, nur mit mechanischen Mitteln Kohle zu gewinnen, die ein spezifisches Gewicht in diesem Bereich und eine Partikelkorngröße von 1 mm oder weniger hat. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, daß bekannte, in konventioneller Weise arbeitende Zyklonen-Abscheider keine Abscheidung von Kohlepartikeln von 1 mm oder weniger im Bereich eines spezifischen Gewichtes von 1,8 - 2,0 aus dem Grundmaterial, in dem sie aufgefunden werden, ermöglichen. Unsere Untersuchungen haben außerdem gezeigt, daß der "cut" oder die Charakteristik eines Zyklonen- Abscheiders dadurch geändert werden kann, daß man den Zyklonen-Winkel ändert oder besonders wählt. Filr die vorliegenden Zwecke wird angenommen, daß der Zyklonen-Winkel der Winkel ist, den die Mittellinie des frustro-konischen Teils mit der Achse in einer gemeinsamen Ebene bildet. Durch Verringerung dieses Winkels kann man die Korngröße der Partikel verringern, die an dem Überlauf austreten und ein gegebenes spezifisches Gewicht oder Gewichtbereich aufweisen. Wenn man annimmt, daß der Zyklonen-Winkel = α und der geometrische mittlere Wert der Partikelkorngröße beim Austritt aus dem Überlauf = φ ist, dann scheint die Gleichung
K&sub1; + K&sub2; * cot (90 - 2 α ) = φ --
in dem Bereich des spezifischen Gewichtes für Kohle zu gelten. Dabei sind K&sub1; und K&sub2; besondere Partikelkorngrößen-Parameter-Charakteristika des jeweils verwendeten Zyklonen-Abscheiders. Wenn K&sub1; sehr klein (in der Nähe von 0) ist, kann geschrieben werden als
cot (90 - 2 α ) = Kφ -- ,
wobei K = 1/K&sub2; ist.
Wenn man abgetrennte oder abgeschiedene Kohlepartikel im Bereich von 250 - 500 um betrachtet, dann kann α nach der Gleichung berechnet werden gemäß der Definition:
φ = 250 x 500 um 350 um.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Abtrennung und Gewinnung von Partikelmaterial vorgesehen, bei dem das in ein flüssiges Medium eingebrachte Material über eine Vielzahl von Zyklonen-Abscheidern geführt wird, die über ihre Überläufe in Reihe verbunden sind, wobei der Zyklonen-Winkel der Abscheider in Flußrichtung abnimmt und der Zyklonen-Winkel α2 eines Zylclonen-Abscheiders in der Reihenschaltung ±5 % des nach der Formel:
berechneten Weites beträgt, wobei α&sub2; der Zyklonen-Winkel eines Zyklonen-Abscheiders ist, der auf einen Abscheider mit dem Zyklonen-Winkel α&sub1; folgt, und φ&sub1; und φ&sub2; die mittlere geometrische Partikelkorngrößen des abgeschiedenen Materials aufeinanderfolgender Abscheider mit diesen Winkeln sind. Da jede Stufe eine oder mehrere ähnliche, parallel geschaltete Abscheider enthalten kann, wird jede Stufe zur Vereinfachung als ein Zyklonen-Abscheider bezeichnet.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Abtrennung und Gewinnung von Partikelmaterial mit einer Vielzahl von Zyklonen-Abscheidern, die über ihre Überläufe mit Mitteln zur Zuführung des in eine Flüssigkeit eingebrachten Partikelmaterials zum Eingang des ersten Abscheiders der Reihe und mit Mitteln zum Zuführen des Überlaufes von jedem Abscheider zu dem Eingang des nächsten Abscheiders in Reihe angeordnet sind, wobei der Zyklonen-Winkel jeder Zyklone in der Reihe geringer ist als der seines Vorgängers in der Reihe, wobei der Zyklonen-Winkel der folgenden Formel entspricht:
wobei α1 und α2 die Zyklonen-Winkel von zwei aufeinanderfolgenden Zyklonen-Abscheidern darstellen, φ1 und φ2 die mittleren geometrischen Abmessungen des abgeschiedenen Materials aufeinanderfolgender Abscheidestufen sind und α2 im Bereich von ±5 % des errechneten Wertes liegt.
Es sei erwähnt, daß die Masse oder die Abmessung eines Aschehaufens, einer Bodenkippe oder eines R.O.M. derart ist, daß die Vorrichtung der Erfindung im allgemeinen vorort zusammengesetzt wird und die Proben zunächst aus dem Rohmaterial in der Bodenkippe entnommen werden, um eine Verteilung in dem spezifischen Gewicht und der Partikelkorngröße sicherzustellen. Dann kann der Zyklonen-Winkel α1 des ersten Zyklonen-Abscheiders in der Reihe ermittelt werden, wenn die erste geometrische mittlere Korngröße φ1 für die erste Probe, d.h. das Material der ersten Abscheidung bekannt ist. Man kann dann eine Entscheidung treffen über den Bereich der Partikelkorngröße für die Proben der folgenden Abscheider. Aus der obigen Gleichung ergibt sich, daß
Wenn anfänglich eine Entscheidung für die Werte α1 und φ1 getroffen und der Wert φ2 für den zweiten Abscheider gewählt ist, ergibt sich, daß der optimale Zyklonen-Winkel α2 für den zweiten Abscheider berechnet werden kann.
Das flüssige Medium, in das die Partikel eingebracht sind, ist vorzugsweise Wasser. Es sei bemerkt, daß der Winkel α den Korngrößenbereich des gewaschenen oder sauberen Partikelmaterials an dem Uberlauf steuert, wobei φ der geometrische Mittelwert dieses Bereiches ist.
Es sei erwähnt, daß bei einer gegebenen Geschwindigkeit des Materials die größeren und schwereren Partikel zu der Unterströmung und die kleineren und leichteren Partikel zu dem Überlauf beitragen. Das zu dem Überlauf beitragende Partikelmaterial wird daher einen definierten Bereich von Partikelkorngrößen des Minerals aufweisen, das gewaschen oder sauber ist, sowie einen Anteil von Partikeln kleinerer Korngröße, die nicht gewaschen sind. Durch Wahl des Winkels des nächstfolgenden Zyklonen-Abscheiders entsprechen die gewaschenen Partikel innerhalb des Bereiches von den vorangehenden Zyklonen-Abscheidern der Unterströmung und werden davon zurückgewonnen, und ein weiterer Bereich kleinerer gewaschener Partikel entspricht dem Überlauf für die Rückgewinnung in dem nächstfolgenden Zyklonen-Abscheider.
Wenn unter der Annahme, daß M die maximale Korngröße in um der zu gewinnenden Partikel, daß m die minimale Korngröße in um, daß R das Verhältnis des oberen und unteren Grenzwertes in der Partikelkorngröße der in jedem Abscheider zu verarbeitenden Bereiches ist, dann wäre die Zahl der benötigten Stufen
Wenn z.B. das zurückzugewinnende Partikelmaterial im Bereich von M = 1000 um und m = 30 um und R = 2 ist, dann gilt
Jede der fünf Stufen würde dann einen Bereich gewaschener Partikel enthalten, der dem Überlauf wie folgt entspricht:
Stufe 1: 500 - 1000 um
Stufe 2: 250 - 500 um
Stufe 3: 125 - 250 um
Stufe 4: 62 - 125 um
Stufe 5: 31 - 62 um
Wenn M=500 um, m=30 um und R=2 ist, dann ist N=4. Dieses stellt die Zahl der Stufen in dem folgendem Beispiel dar.
Wenn man eine Anordnung annimmt mit N Stufen und die Ziffer zur Bezeichnung einer Stufe zwischen den Stufen und der Stufe N verwendet, dann ist
wobei φi der geometrische Mittelwert des Bereiches der von der Stufe i verarbeiteten Partikelkorngröße ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann darin gesehen werden, daß ein Partikelmaterial abgeschieden und gewonnen wird, dadurch, daß das in ein flüssiges Medium eingebrachte Material dem ersten einer Reihe von Zyklonen-Abscheidern zugeführt wird, der einen derart gewählten Zyklonen-Winkel aufweist, daß saubere und gewaschene Partikel mit einem ersten bestimmten Bereich von Partikelkorngrößen an dem Überlauf entstehen zusammen mit Partikeln geringerer Korngröße und daß das am Überlauf gewonnene Material einem zweiten Zyklonen-Abscheider zugeführt wird, der einen Zyklonen-Winkel aufweist, welcher kleiner als der des ersten Abscheiders und so gewählt ist, daß die sauberen und gewaschenen Partikel innerhalb des ersten definierten Bereiches der Unterströmung entsprechen und die sauberen und gewaschenen Partikel innerhalb eines zweiten definierten Bereiches von Partikelgrößen kleiner sind als jene des ersten definierten, dem Überlauf zugeordneten Bereiches.
Es sei bemerkt, daß für ein bestimmtes spezifisches Gewicht (S.G.) die gröberen Partikel der Unterströmung eines Abscheiders entsprechen und die feineren Partikel dem Überlauf, wenngleich es unvermeidbar einige geben wird, die zu dem falschen Ausgang gelangen. Unsere Untersuchungen haben weiterhin ergeben, daß der Durchmesser eines Zyklonen-Abscheiders ein Parameter ist, der die Wirkung eines Zyklonen-Abscheiders in Relation zu der Partikelkorngröße beeinflußt, die der Unterströmung entspricht oder die über den Überlauf austritt. Durch Wahl dieses Durchmessers ist es möglich, eine höhere Effizienz für die feineren oder kleineren Partikel am Überlauf zu erzielen als für die größeren Partikel an dem Überlauf. So ist es möglich, durch Wahl des Zyklonen-Winkels einen Bereich von Partikelkorngrößen für den Überlauf auszuwählen. Durch Wahl des Zyklonen-Durchmessers kann man die Wahrscheinlichkeit verringern, daß größere Partikelkorngrößen zur dem Überlauf gelangen und dadurch die Menge an der Unterströmung vergrößern.
Mit einer Vielzahl von Zyklonen-Abscheidern in Reihe hat eine Verringerung der Durchmesser der Zyklonen von dem einem zum nächsten die Wirkung einer Erhöhung der Menge grober Partikel an der Unterströmung relativ zu der Menge grober unerwünschter Partikel an dem Überlauf.
In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abtrennung und zur Entfernung von Partikeln aus dem Grundmaterial und dem unbehandelten R.O.M. Darin eingeschlossen ist, daß das im Wasser suspendierte Rohmaterial über eine Vielzahl von Zyklonen-Abscheidern geführt wird, die mit ihrem Überlauf in Reihe angeordnet sind, in denen sowohl der Zyklonen-Winkel als auch der Durchmesser der Zyklonen von einem Abscheider zu dem nächsten in der beschriebenen Weise abnimmt.
Die Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung zum Abscheiden und Entfernen von Partikeln aus einem Rohmaterial und R.O.M., die eine Vielzahl von in Reihe angeordneten Zyklonen-Abscheidern enthält und einen Zyklonen-Winkel und einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der des vorangehenden Zyklonen-Abscheiders in der oben beschriebenen Reihe, wobei Mittel zur Zuführung des in Wasser eingebrachten Rohmaterials zu dem ersten Abscheider in der Reihe vorgesehen sind.
Zu den obigen Diskussionen sei bemerkt, daß die vorliegende Erfindung eine Vielzahl von in Reihe angeordneten Zyklonen- Abscheidern enthält, von denen jeder einen so gewählten Zyklonen-Winkel aufweist, daß grobe partikel in einem Korngrößenbereich zu der Unterströmung gelangen, wobei dieser Bereich innerhalb der Partikelkorngröße der feinen Partikel an dem Überlauf des vorangehenden Abscheiders liegt, und jeder der Abscheider einen Durchmesser aufweist der von einem Zyklonen-Abscheider zum nächsten in Flußrichtung der Reihe entspricht und die Quantität grober Partikel in dem Bereich der Korngröße an der Unterströmung der Abscheider vergrößert.
Als Effizient Ei einer Stufe wird angesehen das Verhältnis des wirksamen Gewichtes von Partikeln der Korngröße φi an dem Überlauf der Zyklonen-Stufe i relativ zu dem theoretischen Gewicht, das unter idealen Bedingungen bei dem gewünschten Maximum dem in dem sauberen Produkt zugelassenen gewünschten maximalen spezifischen Gewicht entsprechen sollte.
Für die Zyklonen-Stufen 1 bis N-1 sollte der Wirkungsgrad wenigstens 0,9 betragen, während er für die letzte Stufe N nicht größer als 0,05 sein sollte.
Ei ist eine Funktion des Durchmessers des zylinderförmigen Teils des Zyklonen-Abscheiders, so daß dieser Durchmesser Di ein wichtiger Parameter in der Optimierung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
In Wirklichkeit ist für die Zyklonen-Stufe 1 bis N-1 der Durchmesser Di gegeben durch die Gleichung
wobei Di in Zoll und φi in um anzugeben ist. Für die letzte Stufe DN, wobei i = N, haben wir
Die Unterströmung an der Zyklonen-Stufe i setzt sich zusammen aus gewünschten, sauberen, gewaschenen Produkten mit dem gewünschten spezifischen Gewicht und einer Korngröße gleich oder größer als Si zusammen mit unerwünschten, aschigen Produkten mit einer Korngröße gleich oder kleiner als Si.
Si kann angesehen werden als Abscheidegröße durch ein Sieb unter der Unterströmung der Zyklonen-Stufe i.
Si = φi * R --
Es sei bemerkt, daß bei N=5; R=2. M=1000 um und m=30 um ist. Dann ergeben sich für Si die folgenden Werte: Unterströmung der Stufe Abtrennkorngröße des Siebes (um)
Es ist wünschenswert, daß die Eingangsgeschwindigkeit des Schlammaterials etwa die gleiche ist bei jeder Stufe und zwischen 1,4 und 1,75 m/sec liegen sollte.
Es ist auch vorzuziehen, daß der Durchmesser des Unterströmungsaustrittes von einem Abscheider zu dem nächsten in der Reihenanordnung abnimmt. Der Durchmesser der Unterströmung einer Abscheider-Stufe kann geändert werden, um die Leistungsfähigkeit einer Stufe zur Erzielung eines bestimmten Grades von Feinabstimmung einzustellen.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die bestimmt ist, bei einem vorbestimmten spezifischen Gewicht zwischen 1,5 und 2,5 eine Anordnung oder Ansammlung von Partikeln unterhalb einer Korngröße von 1 mm "abzuschneiden" oder "abzutrennen", wobei eine Vielzahl von mit ihren Überlaufen in Reihe geschalteten Zyklonen verwendet wird und über die Unterströmung entsprechend gewählten Siebanordnungen zugeführt werden.
Eine derartige Vorrichtung arbeitet dahingehend, Partikel mit einer Korngröße zwischen M und m um zu waschen, wobei M nicht größer als 1 mm ist, indem das Abscheiden oder Abtrennen bei dM erfolgt (maximales in dem sauberen Produkt zugelassenes spezifisches Gewicht). Bei einem gegebenen dm ändert sich das Verhältnis R = maximale Größe/minimale Größe gewaschen durch eine Zyklone der Reihenanordnung, mit der Waschbarkeit des Rohmaterials. Für eine gegebene Anwendung hat R einen bestimmten Wert zwischen 1 und 5.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Flußdiagramm einer typischen Vorrichtung für die Gewinnung von Kohle mit größerer Korngröße,
Fig. 2A, 2B zusammen ein Flußdiagramm einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Gewinnung von Kohlepartikeln mit einer Korngröße von 1 mm und weniger,
Fig. 3 eine Fortsetzung der Figuren 2A und 2B und
Fig. 4 eine Graphik zur Darstellung des Prinzips gemäß der Erfindung.
Das beschriebene Beispiel betrifft die Gewinnung von Kohle mit einer Partikelkorngröße von 1 mm oder weniger aus einem Rohmaterial, das im allgemeinen in Massen- oder Aschehaufen, Bodenkippen oder Becken an ausgearbeiteten Kohlenminen verfügbar ist. Im allgemeinen haben derartige Reservoire zwischen 20 und 80 % Gewichtsanteile von Kohle mit einer Partikelkorngröße von 1 mm oder weniger, von der man vorher annahm, daß eine ökonomische Wiedergewinnung nicht möglich ist.
Um die Kosten für den Transport des Rohmaterials zu vermeiden, ist beabsichtigt, daß die Kohlepartikel vorort an dem Reservoir abgetrennt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher allgemein vorort aufgebaut werden, um eine Anpassung an charakteristische Eigenschaften jedes besonderes Rohmaterials zu erreichen. Das zu behandelnde Rohmaterial wird daher zunächst geprüft, um ein Maß für die Quantität von Kohlepartikeln in einem gewissen Korngrößenbereich und ihre Verteilung in dem Rohmaterial zu erlangen. Die Vorrichtung wird dann bemessen und zusammengesetzt.
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird das Rohmaterial von einem Vorratsbehälter 1 geliefert. Davon gelangt es über einen Verteiler 2, der es einem weiteren Förderband 3 zuführt, das es zu einem Rüttelsieb 4 befördert. Auf dem Sieb 4 wird Wasser auf das Material gesprüht, das über Rohre 10 von einem Tank 10a zugeführt wird. Das Material mit der großen Korngröße in der Größeordnung von 25 - 120 mm gelangt nach unten über eine Ausgußschale 5 zu einem Förderband 9, das das Material zu einem Abfallhaufen befördert. An der Ausgußschale 5 ist ein Permanentmagnet 6 angeordnet, um eventuell vorhandenes Eisen zu entfernen. Teile mit geringerer Korngröße werden über ein Mahlwerk 7 einem Förderband 11 zugeführt, um es über das Förderband 3 zurückzugewinnen.
Das über das Rüttelsieb 4 geführte Material wird einem schräg gestellten Sieb 8 zugeführt, das die Partikel in große und kleine Korngrößen trennt, derart, daß kleine Korngrößen von etwa 1 mm und weniger Entschleimungsbecken 101 (Fig. 1 und 2B) zugeführt werden. Die großen Korngrößen werden über ein Entschleimungssieb 12 geführt, welches ermöglicht, daß eingeschlossene kleinere Korngrößen zu dem Entschleimungsbecken 101 entweichen können. Die größeren Korngrößen gelangen von dem Sieb 12 zu einem Zyklonen-Wascher für dichtes Medium, der Kohle und andere unerwünschte anwesende Verunreinigungen aus der Erde abtrennt. Eine derartige Kohle hätte im allgemeinen eine Korngröße von mehr als 1 mm und im allgemeinen 1 - 25 mm.
Das Entschleimungsbecken 101 bildet die Quelle, von der Kohlepartikel mit einer Korngröße von 1 mm und weniger zurückgewonnen werden. Der Schlamm in dem Becken 101 wird durch die Pumpe 102 (Fig. 2) über die Rohrverzweigung 103 in das Innere des Zyklonen-Abscheiders 104 gepumpt, der der erste einer Reihe von vier Stufen von Zyklonen-Abscheidern ist, in diesem Beispiel dargestellt durch die Abscheider 104, 112, 118 und einen Multi-Zyklonen-Ring von Abscheidern 125. Das in Wasser eingebrachte Material wird jedem der Abscheider 104, 112, 118 und 125 mit derselben Geschwindigkeit zugeführt.
Der Zyklonen-Abscheider 104 dient dazu, über den Überlauf gewaschene, saubere Kohlepartikel mit einer Korngröße von 250 um bis 500 um mit dem gewünschten spezifischen Gewicht auszuwaschen zusammen mit ungewaschenen Partikeln geringerer Korngröße. Er hat einen Zyklonen-Winkel von 31º und einen Zyklomen-Durchmesser von 30 Zoll.
Es ist beabsichtigt, über die Unterströmung Partikel mit einer Korngröße von 0,5 bis 1 mm zu entfernen, die ungewaschen sind und dem obengenannten Zyklonen-Wascher für dichtes Medium zugeführt werden, der die größerem Korngrößen von dem Sieb 12 bekommt.
Die Partikel mit einer Korngröße von 0,5 bis 1 mm können in einem zusätzlichen Zyklonen-Abscheider gewaschen werden, der dem Abscheider 104 vorhausgeht und einen Durchmesser von 35 Zoll und einen Zyklonen-Winkel von 39º aufweist. Dadurch wird die Zahl der Zyklonen-Abscheider auf fünf erhöht in Übereinstimmung mit der Gleichung .
Der Zyklonen-Abscheider 112 dient dazu, über den Überlauf gewaschene, saubere Kohlepartikel mit einer Korngröße von 125 um bis 250 um auszuwaschen. Er hat einen Zyklonen-Winkel von 21º und einen Durchmesser von 25 Zoll. Die gewaschenen, sauberen Partikel im Bereich von 250 um bis 500 um von der vorausgehenden Stufe 104 gelangen zu der Unterströmung zwecks Wiedergewinnung.
Der Zyklonen-Abscheider 118 dient dazu, über den Überlauf gewaschene, saubere Kohlepartikel mit einer Korngröße von 65 um bis 125 um auszuwaschen. Er hat einen Zyklonen-Winkel von 10º und einen Durchmesser von 20 Zoll.
Die gewaschenen, sauberen Partikel im Bereich von 125 um bis 250 um von der vorausgehenden Stufe 112 treten über die Unterströmung zwecks Rückgewinnung aus.
Die Zyklonen-Abscheider 125 dienen dazu, durch die Unterströmung Kohlepartikel mit einer Korngröße von 65 um und grober zu entfernen. Sie haben einen Zyklonen-Winkel von 3º und einen Durchmesser von 9 Zoll.
Der erste Zykloneß-Abscheider 104 dient dazu, aus dem Schlamm feine Kohlepartikel etwa mit einer Korngröße von bis zu 0,5 mm zu entfernen, und veranlaßt diese, über den Überlauf zu dem Auffangbecken 109 zu entweichen, von dem dieser feinere Schlamm durch eine Pumpe 110 zum Eingang der Rohrverzweigung 111 zu dem zweiten Zyklonen-Abscheider 112 gepumpt wird.
Fig. 4 zeigt für unterschiedliche Zyklonen-Winkel einige Kennlinien A für Werte des spezifischen Gewichtes in Abhängigkeit von der Partikelkorngröße für den Überlauf. Es ist ersichtlich, daß der Zyklonen-Winkel von 31º einen vernünftigen Kompromiß darstellt, um an dem Überlauf einen Austritt der Mehrzahl von Partikeln mit einer Korngröße von weniger als 500 um zu ermöglichen mit Partikeln des betreffenden spezifischen Gewichtes im Größenbereich von 250 bis 500 um (geometrischer Mittelwert 350 um) im gewaschenen Zustand. Dieselbe Graphik zeigt Kurven B, die den Wirkungsgrad in Abhängigkeit von der Partikelkorngröße am Überlauf darstellen. Es ist ersichtlich, das dieser Wirkungsgrad für Partikelkorngrößen von 500 um aufwärts abfällt und daß die Kurve B für den Zyklonen-Winkel von 31º wieder den besten Kompromiß darstellt, derart, daß die Partikel mit einer Korngröße oberhalb 500 um nicht zu dem Überlauf, sondern mehr zu der Unterströmung veranlaßt werden.
Wie bereits oben erwähnt, treten die Partikel großer Korngröße von 500 um bis 1 mm von der Unterströmung 104 als ungewaschene Kohle aus und gelangen über ein schräg gestelltes Sieb 106, gefolgt von einem Rüttelsieb 107 zu einem Förderband 108 und werden in diesem Beispiel zu der eingangs erwähnten Waschanlage für dichtes Medium geführt. Die unerwünschte Erde oder Schlamm wird von dem Sieb 107 zu einem Tank 132 geführt. Die Partikel mit 500 um bis 1 mm können durch einen zusätzlichen, dem Abscheider 104 vorausgehenden Hydro-Zyklon gewaschen werden, wie bereits vorher erwähnt, so daß letzterer mit gewaschener, reiner Kohle in diesem Korngrößenbereich versorgt würde.
Die nachfolgenden Zyklonen-Abscheider-Stufen führen ähnliche Operationen durch, wobei die Partikelkorngröße mit jedem Abscheider getrennt verringert wird. Der Zyklonen-Abscheider 112 schickt gewaschene Kohlepartikel mit einer Korngröße von 250 bis 500 um von seiner Unterströmung zu dem Rüttelsieb 114 und dann über das Schaufelförderband 306 zu Zentrifugen 308, die das Material austrocknen. Die unerwünschte Erde und der Schlamm werden von dem Sieb 114 dem Tank 132 zugeführt.
Das Übergewicht des Materials tritt von dem Überlauf des Abscheiders 112 aus und enthält gewaschene, reine Kohlepartikel im Korngrößenbereich von 125 bis 250 um und ungewaschene Partikel geringerer Korngröße. Dieses Material fließt über das Becken 115 und die Pumpe 116 zu dem Einlaß der Rohrverzweigung 117 des nächsten Zyklonen-Abscheiders 118. Dort treten Kohlepartikel mit einer Korngröße im Bereich von 125 um bis 250 um über die Unterströmung über einen Tank 120 und eine Zuführung 121 zu einem Zentrifugal-Sieb 122 aus, von dem sie einem Förderband 130 zugeführt werden. Die unerwünschte Erde und der Schlamm wird von dein Zentrifugal-Sieb 122 dem Tank 132 zugeführt.
Der Überlauf von dem Abscheider 118 gelangt über das Becken 123 und die Pumpe 124 zu den Multizyklonen 125. Gewaschene Kohlepartikel mit einer Korngröße im Bereich von 65 um bis 125 um treten von der Unterströmung über den Tank 127 und die Zuführung 128 zu einem Zentrifugal-Sieb 129 aus, von wo sie dem Förderband 130 zugeführt werden. Das Förderband 130 befördert die Partikel mit einer Korngröße von 65 um bis 250 um über Förderbänder 131 und 305 zu dem Schneckenförderer 306 und von dort zu Zentrifugen 308, die das Material austrocknen. Das getrocknete Material von den Zentrifugen gelangt über Förderbänder 313 zu dem Aufzug 315 zwecks Sammlung. Unerwünschtes Wasser oder Schlamm wird in dem Tank 309 gesammelt und durch die Pumpe 310 entweder direkt in den Tank 132 oder zu einem weiteren Zyklonen-Abcheider 311 gepumpt, der eine endgültige Trennung bewirkt. Dabei gelangen die abgetrennten Kohlepartikel über die Unterströmung zu dem Schneckenförderer 306, wobei der Rohschlamm zu dem Tank 132 gelangt.
Es sei erwähnt, daß, wenngleich Bereiche von Partikelkorngrößen angeführt wurden, es unvermeidbar ist, daß in der Praxis eine Überlappung in den extrahierten Partikelkorngrößen bei jedem Abscheider besteht. Dennoch ist es durch Anwendung einer Vielzahl von Zyklonen-Abscheidern in Reihe und durch ihre selektive Konstruktion zum Ausscheiden verringerter Bereiche von Partikelkorngrößen nunmehr ökonomisch möglich, Kohlepartikel von 1 mm und weniger aus dem Roh-Bodenmaterial und R.O.M. zu extrahieren. Als Folge davon wird das Abfallvolumen beträchtlich verringert und unansehnliche Aschehaufen, Bodenkippen und Becken können zur Verschönerung der Umgebung durch Landschaftsgestaltung ersetzt werden.
Der Abfallschlamm von dem Tank 132 wird verteilt durch Entwässerung in dem Niederschlagsapparat 135 und durch Abpumpen zu einer Auffangstelle für Flüssigkeiten wie z.B. einem Teich oder einem See (145, 151, 152) oder auch einem Fluß 143.
Es sei bemerkt, daß, wenngleich die Beschreibung sich mit der Gewinnung von Kohlepartikeln befaßt, die Erfindung ebenso anwendbar ist bei der Gewinnung anderer Mineralien, wie sie in großen Mengeneinheiten des derzeit verteilten Materials anzufinden sind. Zu Beginn muß man das spezifische Gewicht und die Partikelkorngröße des zurückzugewinnenden Materials bestimmen und ebenso festlegen, wie ein gegebener Zyklonen-Abscheider diesen Parametern entspricht. Es ist dann durch Änderung des Zyklonen-Winkels, des Durchmessers der Zyklone und insbesondere auch des Durchmessers des Austrittes der Unterströmung möglich, die Kennlinien der Zyklonen- Abscheider so zu ändern, daß die jeweils in Aussicht genommenen Anwendungen berücksichtigt werden.
Die Durchmesser der aufeinanderfolgenden Zyklonen in der Reihe hängen nach der folgenden Gleichung zusammen
wobei K = 1 für alle außer der letzten Zyklone in der Reihe und K = 4,4335 für die letzte Zyklone ist.

Claims

1. Verfahren zur Abtrennung und Gewinnung von Partikeln, bei dem das in ein flüssiges Medium eingebrachte Material über eine Vielzahl von Zyklonen-Abscheidern geführt wird, die über ihre Überläufe in Reihe verbunden sind, wobei der Zyklonen-Winkel der Abscheider in Flußrichtung abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklonen- Winkel α&sub2; eines Zyklonen-Abscheiders in der Reihenschaltung ±5 % des nach der Formel:

berechneten Wertes beträgt, wobei α&sub2; der Zyklonen-Winkel eines Zyklonen-Abscheiders ist, der auf einen Abscheider mit dem Zyklonen-Winkel α&sub1; folgt, und φ1 und φ2 die mittlere geometrische Partikelabmessung des abgeschiedenen Materials aufeinanderfolgender Abscheider mit diesen Winkeln sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Durchmesser der Unterströmungs-Abflußöffnung in den Abscheidern wenigstens von einem Abscheider zu dem nächsten in der Reihe abnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, in dem der Durchmesser aufeinanderfolgender Abscheider in der Flußrichtung des Überlauf-Materials abnimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, in dem die Durchmesser D&sub1; und D&sub2; von aufeinanderfolgenden Zyklonen-Abscheidern der folgenden Formel entsprechen:

,wobei K = 1 für die (N-1) ersten Zyklonen und K = 4.4335 für die N-ten Zyklonen ist.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, in dem das in das flüssige Medium eingebrachte Partikel-Material eine Abmessung von 1 mm oder weniger hat.

6. Verfahren nach Anspruch 5, in dem das spezifische Gewicht des Materials zwischen 1,5 und 2,5 liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, in dem das spezifische Gewicht des Materials in dem Bereich zwischen 1,8 und 2,0 liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, in dem das Partikel-Material Kohle und das flüssige Medium Wasser ist.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, in dem das in das flüssige Medium eingebrachte Partikel-Material in jeden der Zyklonen-Abscheider der Reihe mit etwa der gleichen Geschwindigkeit eingebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, in dem die Eintrittsgeschwindigkeit zwischen 1,4 und 1,75 m/sec liegt.

11. Vorrichtung zur Abtrennung und Gewinnung von Partikeln mit einer Vielzahl von Zyklonen-Abscheidern (104, 112, 118, 125), die über ihre Überläufe mit Mitteln (103) zur Zuführung des in eine Flüssigkeit eingebrachten Partikel-Materials zum Eingang des ersten Abscheiders (104) der Reihe und mit Mitteln (111, 117, 124) zum Zuführen des Überlaufes von jedem Abscheider (112, 118) zu dem Eingang des nächsten Abscheiders (118, 125) in Reihe angeordnet sind, wobei der Zyklonen-Winkel jeder Zyklone in der Reihe (112, 118, 125) geringer ist als der seines Vorgängers (104, 112, 118) in der Reihe, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklonen-Winkel der folgenden Formel entspricht:

,wobei α&sub1; und α&sub2; die Zyklonen-Winkel von zwei aufeinanderfolgenden Zyklonen-Abscheidern darstellen, φ&sub1; und φ&sub2; die mittleren geometrischen Abmessungen des abgeschiedenen Materials aufeinanderfolgender Abscheidestufen sind und α&sub2; im Bereich von ±5 % der errechneten Wertes ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, in der der Durchmesser der Abscheider (104, 112, 118, 125) in der Flußrichtung abnimmt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, in der die Durchmesser D&sub1; und D&sub2; von aufeinanderfolgenden Abscheidern (104, 112, 118, 125) der folgenden Formel entsprechen:

,wobei K = 1 für alle Zyklonen (104, 112, 118) außer der letzten (125) und K = 4,4335 für die letzte Zyklone (125) ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, in der der Durchmesser des Unterströmungs-Ausgangs in den Abscheidern (104, 112, 118, 125) wenigstens von einem Abscheider zu dem nächsten in Flußrichtung des Überlauf-Materials abnimmt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, in der Mittel (103, 111, 117, 124) zum Zuführen des in die Flüssigkeit eingebrachten Partikel-Materials zu jedem der Abscheider (104, 112, 118, 125) bei gleicher Geschwindigkeit ±10 % vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 15, in der die Mittel (103, 111, 117, 124) zum Zuführen des in die Flüssigkeit eingebrachten Partikel-Materials so angeordnet sind, daß sie das in die Flüssigkeit eingebrachte Material den Zyklonen-Abscheidern (104, 112, 118, 125) mit einer Geschwindigkeit zwischen 1,4 und 1,75 m/sec zuführen.