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Verfahren zur lamellaren Spaltung von geschichteten Mineralien Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur latriellaren Spaltung von geschichteten Mineralien,
wie z. B. Glimmer, Gips, u. dgl. Bei den bisher bekannten Verfahren wurden diese
Materialien von Hand gespalten.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln,
bei dem durch Beaufschlagung der aufeinanderhaftenden Teile mit Energien, die die
Inhomogen.itäten der Schichtungen vergrößern, die Lösung der kleinen. und kleinsten
Teilchen voneinander erleichtert wird. Erfindungsgemäß wird das Mineral der gleichzeitigen
oder aufeinanderfolgen.den Einwirkung von Wärme und Flüssigkeiten vorzugsweise unter
einstellbarem Druck ausgesetzt. Hierbei ist es möglich, die Wärme in dem Mineral
selbst zu erzeugen oder aber auch durch Übertragung über Gase oder Flüssigkeiten
das Mineral zu erwärmen.
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Versuche haben ergeben, daß z. B. norwegischer Glimmer, der in einem
elektrischen Wechsel-, vorzugsweise einem Hochfrequenzfeld behandelt worden war,
erheblich leichter in feinste Teilchen aufgespalten werden konnte. Dieses Verfahren
konnte noch verbessert werden, wenn der heiße Glimmer anschließend in eine Flüssigkeit
gebracht wurde. Es hat sich gezeigt, das Glimmer unter dem Mikroskop zwischen den
Spaltblättchen feine Gas- bzw. Lufteinschlüsse und andere Zwischenlagerungen aufweist.
Die unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten haben verschieden starke Aufnahmen
des elektrischen Hochfrequenzfeldes und infolgedessen verschieden große Erwärmungen
zur Folge. Hieraus
ergeben sich innere Spannungen, die ein rascheres,
und leichteres Lösen der einzelnen. Teilchen voneinander ermöglichen. Die Einwirkung
des elektrischen Hoehfrequenzfeldes ist ferner in allen Fällen besonders günstig,
wo Wasser oder Wasserdampf _zwischen den Lamellen eingeschlossen ist. Durch Feuehtigkeitseins,dhlüsse
wird die Differenz der Dielektrizitätskonstanten stark vergrößert.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung mit. Erwärmung durch Behandlung
in einem elektrischen Hochfrequenzfeld werden in dem Material von innen heraus durch
die Erregung von Dipolmomenten und Polarisationen Wärme und damit auch eine innere
Spannung erzeugt.
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Selbstverständlich sind auch - andere Erwärmungsverfahren möglich.
Wenn es sich z. B. um feuchte Glimmerarten, Schiefer usw. (handelt, kann nach der
Erfindung elektrischer Strom (Gleichstrom oder Wechselstrom von-z. B. 5o Hz) zwischen
die Lamellen geleitet werden, beispielsweise indem man eine Kante des Minerals b:zw.
des -Mineralbündels in einen Elektrolyten eintaiucht, dem Strom zugeführt wird,
während an der entgegengesetzten Kante der Strom abgenommen wird. Es ist dabei zweckmäßig,
die Platten des Minerals so in den Elektrolyten einzulegen, daß der Strom durch
die Längsmitte geht. Während nämlich die Glimmerusw. -teilchen bzw. Lamellen nicht--stromleitend
sind, sind die mit Feuchtigkeit, Wasser oder aber auch besonders vorteilhaft Säure,
angereicherten Zwischenräume leitend. Während des Stromdurchganges ergibt sich Erwärmung
durch den Widerstand. Dieser erzeugt mechanische Spannungen und hat eine bessere
Aufspaltung des Minerals. zur Folge. Die Aufspaltung kann: beschleunigt bzw. verbessert
werden, wenn durch Anwendung von mechanischen Schwingungen die Inhomogenitäten ,
der Schichtungen. vergrößert werden. Die Angabe der erforderlichen Frequenzen, ist
nicht allgemein möglich, da die Mineralien in ihren; lamellaren Strukturen und in
den zwischen diesen einsgelegten Inhomogenitäten ganz verschieden sind. Beispielsweise
ergaben Versuche mit 16 kHz eine nicht so, vorteilhafte Wirkung wie solche mit Po
kHz (Ultraschall). Dagegen hat jedoch die Anwendung von Schwingungen von z. B. 5o
und röo je Minute gute Ergebnisse gezeigt. Auch kann es zweck- -mäßig sein, allseitig
Druck auf das Mineral auszuüben, wobei durch die gleichzeitige Anwendung von; Schwingungen
auf das Material dann praktisch ein Wechseldruck ausgeübt wird. Der- Druck kann
beispielsweise durch-Flüssigkeitssäulen, insbesondere pendelnde Flüssigkeitssäulen,
ausgeübt werden,, die zugleich als Energieübertrager für den Ultraschall verwendet
werden können. Es ist jedoch auch möglich., den Gasdruck pendelnd zu ändern. Die
vorteilhafteste Anordnung zum Ändern von Druck erfolgt nach der Erfindung dann,
wenn die. Schwingungen der Spaltblätter in Resonanz zu den ihnen aufgezwungenen
Schwingungen; erfolgen. In diesem Falle, also wenn die potentielle Energie der Spaltblätter
gleich der kinetischen ankommenden Energie aus den Schwingungen ist, erfolgt eine
Bewegung zier Spaltblätter am Ort, d. h. eine Schwingung ohne Veränderung der geometrischen
Lage dies zu spaltenden Aggregates.
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Die Schwingungs- bzw. Wärmeeinwirkung auf die zu spaltenden Stoffe
wird vorteilhaft nur in bestimmter Richtung vorgenommen. So werden die Kurzwellen
am besten als gerichtete Wellen längs auf die abzuspaltenden Lamellen gelenkt, also
dergestalt, daß sie auf den Querschnitt der Lamellenbündel treffen.
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Bei. Anwendung von Ultraschall von Sao kHz werden die besten Erfolge
bei einer Stellung der Lamellen des Bündels in einem Winkel von. 300 zur abstrahlenden
Fläche des Schallgebers erreicht. Der dann eintretende Vorteil erklärt sich aus
dem Umstand, daß senkrecht auf die geschichteten Lamellenflächen auftretende Ultraschallstrahlen
eine erhebliche Dämpfung erfahren. Dagegen erzeugen die schräg auftreffenden Wellen.
offenbar einen Schub, durch den sie ihre Energie abgeben und die Lamellen in Schwingung
bringen.
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Die bisherige Spaltung z. B. der Glimmerlamellen mit feinen Messern
in Handarbeit heansprucht tausende Arbeitskräfte. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
wird die Arbeit wesentlich erleichtert und beschleunigt. Das Spalten selbst wird
zweckmäßig von Hand durchgeführt, da es mit Gefühl bei auftretenden Widerständen
gehandhabt werden muß. Widerstände als Folge der Inhomogenitäten lassen sich nicht
ausschließen. Die Inhomogenitäten werden, wie die Erfindung zeugt, zur Herbeüführung
einer leichteren Spaltung benutzt.
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Bekanntlich nehmen alle Gesteine und Mineralien Wasser auf. Das Wasser
wird in die Spaltflächen eingelagert. Im Rahmen der Erfindung ist es vorteilhaft
und möglnrh, die Wassereinlagerung zu erhöhen. Dies geschieht durch Erwärmung im
Wasser. Während dieser Maßnahme zur erhöhten Wassereinlagerung ist es zweckmäßig,
das Wasser mit dem Mineral hochfrequenten Schwingungen auszusetzen, z. B. auch Ultraschallschwingungen.
Hochfrequente Schwingungen bewirken kapillare Atmung und Pulsation. Die Folge ist
ein verstärktes Eindringen in die Mikro- und Ultramikroporen und Öffnungen der zu
behandelnden Schichtmineralien. Je nach Struktur des Minerals können auch ' Schwingungen
bis z. B. ro kHz benutzt werden.
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Die so behandelten und mit Wasser angereicherten Mineralien werden
dann dem elektrischen Hochfrequenzfeld unterworfen. Das eingedrungene Wasser mit
der Dielektrizitätskonstante 81 nimmt das elektrische Feld auf, erwärmt sich rasch
und sprengt auf den Trennflächen der Lamellen diese voneinander. Wenn die Lamel'lenpakete
lange genug dem Hochfrequenzfeld- unterworfen. werden, verdampft das eingeschlossene
Wasser und sprengt so die Lamellen voneinander.
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Die angegebenen Mittel zur Vergrößerung der Wirkung von Inhomogenitäten
in der Schichtung der Lamellen von Mineralien haben alle eine mehr oder weniger
große thermische Wirkung. Auch
Schall und insbesondere Ultraschall
verursachen Wärme. Die Stauung dieser Wärme mit dem angegebenen Effekt tritt bei
den zu behandeln-,den Mineralien um so eher und, besser ein, als deren spezifische
Wärmen bei o,ao8 liegen und die ganze beringe Wäxmelevtfähigkeit der Mineralien,
die hier in Frage kommen, von o,ooo8 bis 0,0014 die Wärmeabfuhr fast vollkommen
verhindert. Hinzu kommt ferner, daß die Erzeugung der Wärme, die, wie oben gesagt,
bei Einwirkung des Hochfrequenzfeldes je nach der Höhe der Dielektrizitätskonstante
erfolgt, z. B. im Glimmerspalt bei der DE 5-9,q. weit geringer ist als im Wasser
mit der DE 81.
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Die geringe Wärmeleitfähigkeit der in Frage kommenden Mineralien führt
im Rahmen der Erfindung dazu, daß die Zufuhr von Wärme nicht auf die Flächen der
Lamellen erfolgen darf, sondern vielmehr auf den Querschnitt der Lamellenbündel.
So tritt die Wärme nicht gehindert durch die stark isolierenden Lamellen selbst
zwischen die Lamellen ein. Es ist auch möglich, das erwärmte Mineral nach der Wärmebehandlung
erst in eine Flüssigkeit zu bringen. Die praktisch abschrekkende Wirkung erhöht
die Aufspaltung des Minerals in kleine und kleinste Teilchen.
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Bei Anwendung von Kurzwellen, Ultrakurzwellen und Langwellen wird
nach der Erfindung das zu spaltende geschichtete Mineral zwischen die Hochspannungs-Hochfrequenz-Kondensator-Elektroden
des Apparates so gebracht, daß die Kraftlinien etwa gleichlaufend zu den Flächen
der Lamellen liegen.
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Versuche haben ergeben, daß durch Abspaltung gewonnene Blätter nach
Behandlung mit den angegebenen Verfahren und Einrichtungen bis zur größtmöglichen
Dünnheit weiter aufgespalten werden können. Vor der Behandlung war das Spalten nicht
möglich.