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Technischer
Bereich der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feinzerkleinerung mineralischer
Teilchen mittels eines Zerkleinerers, der Zerkleinerungskörper mit
Kugeln aus Stahl oder Gusseisen umfasst, deren Abmessungen 20 bis
120 mm betragen.
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Stand der
Technik
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Die
Verwendung von Zerkleinerungskugeln in horizontalen Drehzerkleinerern
zur Reduzierung der Teilchengröße von vorher
grobzerkleinerten mineralischen Teilchen ist bekannt. Die Größe dieser Kugeln
im Neuzustand liegt selten unter 22,5 mm. Der mechanische Widerstand
dieser Kugeln großer Größe bleibt
jedoch auf Grund der ungleichen radialen Verteilung der Härte und
der metallischen Struktur begrenzt, die durch die Wärmebehandlungen
erreicht werden. Die Härte
liegt häufig
niedriger im Mittelpunkt, was einen schnelleren und unregelmäßigen Verschleiß der Kugeln
bewirkt. Ein weiterer Nachteil liegt in der großen Energiemenge, die der Zerkleinerer
zum Erhalt einer vorbestimmten Teilchengröße am Ausgang benötigt, und
dies erst recht, je feiner diese Teilchengröße ist.
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In
zahlreichen Veröffentlichungen
wurde nämlich
bereits bewiesen und beschrieben, dass, je feiner die Teilchengröße des Eingangsprodukts
ist, es umso vorteilhafter ist, die Größe der Kugeln zu verringern,
um einen gegebenen Zerkleinerungswirkungsgrad mit so wenig Energie
wie möglich
zu erreichen. Zum Hauptmaßstab
wird dann die Oberfläche der
Zerkleinerungsmittel, die umso größer ist, je kleiner diese sind.
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Eine
weitere Lösung,
die darin besteht, feine Kiesteilchen beizumischen mit dem Ziel,
den Energieverbrauch zu verringern, ist in dem Dokument
DE 339733C beschrieben.
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Bei
einem Drehzerkleinerer ist am meisten variable Energie zum Inbewegungsetzen
der Last der Zerkleinerungskörper
erforderlich, während
die Drehantriebsenergie des Zerkleinerers selbst vorbestimmt ist.
Im Falle einer Verringerung der Last der Zerkleinerungskörper ist
weniger Energie erforderlich (bei gleicher Produktivität). Diese
Verringerung der Last ist mit einem Zerkleinerungsmittel geringerer Größe möglich, wodurch
eine effizientere Zerkleinerung ermöglicht wird, unter ansonsten
gleichen Bedingungen.
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Gegenstand
der Erfindung
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Ziel
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Feinzerkleinerung mineralischer
Partikel an die Hand zu geben, das einen optimalen Wirkungsgrad
des Zerkleinerers ermöglicht,
bei gleichzeitiger Energieeinsparung und höherer Produktivität.
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Das
Verfahren der Erfindung ist gekennzeichnet durch folgende Schritte,
die darin bestehen
- – durch Zerstäubung Kügelchen
aus Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt oder Kügelchen aus Guseisen in einem
Korngrößenbereich
unter 15 mm herzustellen,
- – und
die Kügelchen
mit den Kugeln innerhalb des Zerkleinerers zu vermischen, entsprechend
einem vorbestimmten Gewichtsverhältnis,
das von der Korngröße der zu
zerkleinernden Mineralteilchen und vom gewünschten Verkleinerungsgrad zwischen
dem Anfangs- und Endprodukt abhängt.
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Nach
einem Merkmal der Erfindung erhöht sich
der Gewichtsanteil der Kügelchen
in der Mischung im Falle einer geringeren Korngröße der Teilchen beim Eintritt
und nimmt umgekehrt bei einer größeren Korngröße ab.
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Der
Stahl oder das Gusseisen der Kügelchen beträgt einen
Kohlenstoffgehalt von etwa 0,6 bis 3,5% und kann chrom- und/oder
molybdänlegiert sein.
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Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Kügelchen
nach dem Zerstäuben
einer Wärmebehandlung
zur Durchhärtung
unterzogen, die den mechanischen Widerstand und die Korrosionsfestigkeit
erhöhen
soll.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und Merkmale gehen klarer aus der nachfolgenden Beschreibung
einer Ausführungsform
der Erfindung hervor, die beispielhaft und nicht erschöpfend gegeben
und in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, in denen:
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1 eine
schematische Ansicht des Zerkleinerungskreislaufs ist, der mit einem
Primärzerkleinerer
ausgerüstet
ist, der einem, der Feinzerkleinerung der Partikel dienenden, Sekundärzerkleinerer vorgeschaltet
ist;
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2 zwei
Diagramme des Zerkleinerungsverhältnisses
der Teilchen des zu zerkleinernden Produkts in Abhängigkeit
vom Gewichtsverhältnis der
Kügelchen
in dem Zerkleinerungsgemisch zeigt.
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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Die
Erfindung betrifft die Feinzerkleinerung von mineralischen Teilchen,
insbesondere Felsen-, Mineralteilchen oder Partikel aus Sulfitkonzentrationen
oder anderen Mineralen mit hohem Metallgehalt oder auch industrieller
Minerale, die vorab in einem Primärzerkleinerer 10 vorzerkleinert
wurden. Die Abmessungen der durch diese Vorzerkleinerung erhaltenen
Mineralteilchen liegen im Allgemeinen über 50 oder 100 Mikron. Die
spätere
Feinzerkleinerung erfolgt dann in einem sekundären Drehzerkleinerer 12 mit
Rezirkulation (geschlossener Kreislauf) zur Verringerung der Korngröße der Teilchen
an der Austrittsöffnung 14.
Ebenso kann ein Zerkleinerer ohne Rezirkulation verwendet werden
(in 1 nicht dargestellter, offener Kreislauf).
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Der
Primärzerkleinerer 10 autogenen
Typs ist mit einem groben Drahtsieb 16 verbunden, über dem
eine Berieselungsrampe 18 montiert ist, zum Trennen der
festen Felsbrocken nach Größe. Die größten Brocken
werden in den Primärzerkleinerer 10 zurückgeführt und
die kleinsten werden dem Sekundärzerkleinerungskreislauf
zugeführt.
Der untere Teil des Drahtsiebs 16 ist über eine Rohrleitung 18 mit
einem Auffangbehälter 20 verbunden,
der über eine
Pumpe 22 mit mindestens einer Zyklontrennvorrichtung 24 verbunden
ist.
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Der
Zyklon 24 umfasst einen unteren Rückführungsabzug 26 und
einen Überlauf
28 zum Austragen des fertigen Produkts, das so fein zerkleinert ist,
dass seine Korngröße unter
100 Mikron liegt. Eine Rohrleitung 30 verbindet den unteren
Abzug 26 mit einem Beschicktrichter 32 des Sekundärzerkleinerers 12 zum
Rückführen der
zu großen
Teilchen.
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Der
Sekundärzerkleinerer 12 mit
einer horizontalen Drehtrommel 33 umfasst eine Zuführöffnung 34,
die an den Trichter 32 anschließt, und eine längliche
Kammer 35, in der sich die Zerkleinerungskörper oder
-mittel befinden, die aus einer Mischung aus Kugeln 36 und
Kügelchen 38 aus
Stahl bestehen. Die Austrittsöffnung 14 des
Sekundärzerkleinerers 12 ist
bezogen auf die Höhe
der Zuführöffnung 34 nach
unten versetzt angeordnet und umfasst einen Rost 40, der über dem
Auffangbehälter 20 angeordnet
ist.
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In
der Trommel 33 sind die Kugeln 36 und die Kügelchen 38 auf
die ganze Länge
der Kammer 35 verteilt und bleiben durch Schwerkraft auf
einer Füllhöhe gelagert,
die bezogen auf die Eintrittsöffnung 34 und
die Austrittsöffnung 14 zurückgeht,
welche Füllhöhe vom Füllungskoeffizienten
der Füllmenge
abhängt.
Die zu zerkleinernden Teilchen werden in die Kammer 35 in
der durch den Pfeil F dargestellten Axialrichtung eingebracht.
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Die
Kugeln 36 der Zerkleinerungslast werden in herkömmlicher
Weise in Zerkleinerern verwendet und bestehen normalerweise aus
Stahl oder Guseisen und haben eine Größe von 20 bis 120 mm. Die Form
der Kugeln 36 kann rund oder zylindrisch sein, mit bestimmten
Durchmessern.
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Das
vorstehend beschriebene Zerkleinerungssystem in flüssiger Phase
kann auch durch eine Trockenzerkleinerung in offenem oder geschlossenem
Kreislauf mit Rezirkulation ersetzt werden. In diesem Fall ist das
Fluid Luft. Eine solche Vorrichtung ist insbesondere für die Zerkleinerung
von Zement geeignet.
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Die
Neuheit besteht darin, die Kügelchen 38 mit
den Kugeln 36 zu mischen, um den Verkleinerungsgrad der
Partikel in dem Sekundärzerkleinerer 12 zu
optimieren.
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Die
Kügelchen 38 sind
rund oder leicht abgeflacht und weisen Durchmesser auf, die unter
15 mm liegen. Die chemische Zusammensetzung der Kügelchen 38 kann
die von Stahlkies oder Gusseisen sein, bei einem Kohlenstoffgehalt
einer Größenordnung von
etwa 0,6 bis 3,5%. Der Stahl oder das Gusseisen können chrom- und/oder molybdänlegiert
oder mit jedem anderen Element legiert sein, das die Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit
und die Widerstandsfähigkeit
gegen mechanische Stöße erhöht, wie
sie während
der Zerkleinerung auftreten.
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Die
Kügelchen 38 aus
Stahl oder Gusseisen werden vorteilhafterweise durch Wasserzerstäubung oder
Zentrifugierung erhalten, bei einem variablen Korngrößenbereich,
der unter 15 mm bleibt. Nach der Zerstäubungsphase werden die Kügelchen 38 einer Formauswahl,
einem Sichten nach Größen und
anschließend
Wärmebehandlungen
zur Durchhärtung ausgesetzt,
damit sie am Umfang wie im Kern die gleiche Härte aufweisen.
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Während der
Zerstäubungsphase
liegt die Mindestabkühlungsgeschwindigkeit
in der Masse einer Kügelchen 38 vorzugsweise über 10°C/s.
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Der
Gewichtsanteil der Kügelchen 38 in
der Mischung mit den Kugeln 36 hängt von der Korngröße der Partikel
an der Zuführöffnung 34 zum
Sekundärzerkleinerer 12 ab.
Er ist umso größer, je
kleiner die Korngröße der Teilchen
bei der Zuführung
ist.
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Umgekehrt
muss der Anteil der Kügelchen 38 gegenüber den
Kugeln 36 im Falle größerer Korngrößen der
Teilchen des zu zerkleinernden Produkts verringert werden. Bei der
Drehung der Zerkleinerungstrommel 33 bearbeiten die Kügelchen 38 die kleinen
Teilchen, während
die Kugeln 36 die größeren Teilchen
bearbeiten. Auch kann die Zerkleinerungsfähigkeit des zu zerkleinernden
Produkts Einfluss auf den Anteil der Kügelchen 38 haben.
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Die
Kügelchen 38 und
die Kugeln 36 der Zerkleinerungskörper haben eine echte Dichte
von über 7,5.
Die kleinsten Kügelchen 38 füllen die
Zwischenräume
zwischen den Kugeln 36 so aus, dass die sichtbare Dichte
der Last größer wird
und Raum geschaffen wird für
den Brei 42. Die sichtbare Dichte der Kügelchen 38 soll über 4 liegen.
Der Durchmesser der runden Kügelchen 38 beträgt vorzugsweise
1 mm bis 12 mm.
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Beim
Zerkleinern schiebt sich der Brei 42 über die Füllhöhe der Zerkleinerungslast in
einer Höhe
hinaus, die im Wesentlichen koplanar ist zur Austrittsöffnung 14 und
unter derjenigen der Eintrittsöffnung 34 liegt.
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2 zeigt
zwei Diagramme des Verkleinerungsgrads der Teilchen des zu zerkleinernden
Produkts in Abhängigkeit
vorn Gewichtsanteil der Kügelchen 38 in
dem Zerkleinerungsgemisch, die zwei Teilchengrößen, nämlich 160 und 370 Mikron, der
Teilchen entsprechen und zu einer gleichen Zerkleinerungszeit von
etwa 30 Minuten.
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Für die Kurve
F80 einer Korngröße von 160 Mikron
ist der Verkleinerungsgrad der Teilchen optimal (etwa 7,5), wenn
der Anteil der Kügelchen 38 in der
Mischung etwa 60% beträgt.
Der Verkleinerungsgrad erhöht
sich bei einem zwischen 0 und 60% schwankenden Anteil der Kügelchen 38 linear
um 40% (von 5,3 auf 7,5).
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Für die Kurve
F80 einer Korngröße von 370 Mikron
ist der Verkleinerungsgrad der Partikel optimal (etwa 6,2), wenn
der Anteil der Kügelchen 38 in der
Mischung 30% beträgt.
Es nimmt anschließend mit
leichter Neigung ab (bis auf 5,8), wenn der An teil Kügelchen 38 zwischen
30 und 60% schwankt. Der Verkleinerungsgrad erhöht sich bei einem Anteil Kügelchen 38,
der zwischen 0 und 30% variiert, linear um 16% (von 5,3 auf 6,2).
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Die
Scheitel A und B der beiden Kurven entsprechen dem maximalen Zerkleinerungsgrad
des Zerkleinerers für
vorbestimmte Korngrößen bei
der Zuführung.
Die endgültige
Korngröße am Ausgang des
Sekundärzerkleinerers 12 beträgt dann
bei einem Verkleinerungsgrad von 7,5 etwa 20 Mikron mit einer Eingangskorngröße von 160
Mikron und bei einem Verkleinerungsgrad von 6,2 etwa 60 Mikron mit einer
Eingangskorngröße von 370
Mikron.
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Natürlich kann
der Anteil Kügelchen 38 je nach
gewünschter
endgültiger
Korngröße auf einen Wert
von 10 bis 80% festgelegt werden.
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Die
Vorteile, die sich daraus bei ein und demselben zu zerkleinernden
Produkt bei der Zuführung in
den Zerkleinerer 12 ergeben (Beschaffenheit und Korngröße), sind
folgende:
- – eine
Energieeinsparung von etwa 10 bis 20% bei einem horizontalen Drehzerkleinerer
und 30 bis 300% bei einem vertikalen Drehzerkleinerer, insbesondere
einem Zerkleinerer nach Art von Vertimill-Zerkleinerern, bei gleichem
Durchsatz festen Materials durch den Zerkleinerer;
- – höhere Produktivität von bis
zu 30% bei gleicher Energie und bei gleicher Feinheit des zerkleinerten
Produkts am Austritt;
- – verbesserte
Feinheit des zerkleinerten Produkts bei gleicher Energie und gleichem
Durchsatz.
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Zur
Drehung des horizontalen Zerkleinerers 12 der 1 ist
anzumerken, dass die Kügelchen 38 nicht
durch den Rost 40 fallen können und durch Schwerkraft
in der Kammer 35 gehalten werden, indem sie sich unter
den Kugeln 36 anordnen und so eine untere Schicht bilden,
deren Dicke in Längsrichtung
zunimmt. Während
des Zerkleinerns sammeln sich die meisten Kügelchen 38 auf der
Seite des Ausgangs 14, ohne die Höhe der Breischicht 42 zu überschreiten.
Die Kügelchen 38 bleiben
dennoch durch eine Schicht Kugeln 36 geschützt.