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Verfahren zur Aufbereitung von körnigem Gut in einer Schwerflüssigkeit
Es ist bekannt, Kohlen oder auch sonstige Mineralien körniger Zusammensetzung in
einer Schwerflüssigkeit (-trübe), z. B. zur Gewinnung besonders aschearmer Kohle
für die Herstellung von Elektroden, aufzubereiten, d. h. eine Trennung des körnigen
Guts nach der unterschiedlichen Wichte durchzuführen. Im Laboratorium und auch in
der Praxis sind auch organische Lösungen, wie Tetrachlorkohlenstoff, als Trennflüssigkeiten
verweildet worden, weil sie eine gute Netzungsmöglichkeit mit körnigem Gut, insbesondere
Kohlen, aufweisen und dadurch scharfe Trennungen ermöglichen. Diese organischen
Lösungen sind aber in ihrer Anschaffung teuer und die Verluste derselben gerade
infolge ihrer guten Netzungsmöglichkeit und des dadurch guten Eindringens in Risse
und Rillen des körnigen Gutes groß. Man hat deshalb Verfahren zur Verringerung der
Verluste vorgeschlagen und unter anderem vorgesehen, körniges Gut vor dem Eintauchen
in die Trennflüssigkeit mit einem chemischen, die Trennflüssigkeit abweisenden Überzug
zu versehen und dadurch zu verhindern, daß die Trennflüssigkeit in größeren Mengen
haftenbleibt oder in die Risse eindringt und dadurch verlorengeht.
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Das Arbeiten mit Schwerflüssigkeit nach bekanntem Schwimm- und Sinkverfahren
geht so vor sich, daß Aufbereitungsgut mit geringerer Wichte als die der Schwerflüssigkeit
zum Aufschwimmen und mit größerer Wichte zum Absinken gebracht wird. Demnach müßte
es durch Einstellen der Schwerflüssigkeit auf eine bestimmte Wichte gelingen, Aufbereitungsgut
genau
nach dieser Wichte in zwei Scheidegüter . zu trennen und beispielsweise aus derselben
Ausgangskohle, da bei Kohle Aschegehalt und Wichte voneinander abhängen, Scheideprodukte
mit gleichem Aschegehalt zu gewinnen. Die Praxis ergibt aber, daß die theoretischen
Überlegungen nicht zutreffen und z. B. bei der Gewinnung von Kohle mit niedrigem
und niedrigstem Aschegehalt festzustellen ist, daß das Schwimmgut Anteile erhält,
die ihrem Aschegehalt nach in das Sinkgut gehören, oder verschiedene Schwerflüssigkeiten
bzw. wäßrige Suspensionen von Feststoffen oder Salzlösungen bei Aufbereitung ein
und derselben Kohlenprobe ein unterschiedliches Ausbringen in Sink- und Schwimmstoffen
ergeben, wie folgende Versuchsergebnisse zeigen:
| Aus- Asche- |
| Schwerflüssigkeiten Trennwichte bringen gehalt |
| g/cm Gewichts- |
| prozent |
| Tetrachlorkohlen- |
| Stoff . . . . . . . . . . . . < 1,350 . 34,6o 1,02 |
| > 1,350 6540 5o6 |
| 1oo,oo 3,66 |
| Schwerspattrübe ... < 1350 3658 1,16 |
| > 1350 6342 5.54 |
| 100,00 3,94 |
| Zn C12-Lösung ..... < 1,350 5772 1,46 |
| > 1,350 42,28 6,54 |
| 100,00 1 3,6o |
Andere Untersuchungen, um eine Edelkohle der Körnung 5 bis 1o mm mit einem Aschegehalt
von 1,4 % zu gewinnen, ergaben, daß bei ein und derselben Kohlenprobe in Tetrachlorkohlenstoff
35 Gewichtsprozent, in Schwerspattrübe 23 Gewichtsprozent und in Zinkchlorid überhaupt
keine Kohlen mit diesem Aschegehalt zu gewinnen waren.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und betrifft ein Verfahren
zur Aufbereitung von körnigem Gut in einer Schwerflüssigkeit (-trübe), z. B. zur
Gewinnung besonders aschearmer Kohlen für die Herstellung von Elektroden, und besteht
darin, daß vor oder während des Scheidevorganges die Scheinwichte des Guts beseitigt
wird. Die Beseitigung dieser Scheinwichte kann beispielsweise durch die Zugabe von
Netzmitteln oder durch Benutzung verschiedener Mittel zur Erhöhung der Netzfähigkeit
der Schwerflüssigkeit beseitigt werden. Dabei ist es auch zweckmäßig, das Gut vor
dem Eintauchen in die Scheideflüssigkeit mit einem Flüssigkeitshäutchen zu überziehen,
um durch Oberflächenspannung des Häutchens am Scheidegut anhaftende Luft- und Gasblasen
zu beseitigen bzw. damit die am Aufbereitungsgut haftenden Gasmengen durch Anwendung
von Vakuum oder Kontraktion mittels Temperaturwechsels zu entziehen und so die Scheinwichte
zu beseitigen.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß körniges Gut, insbesondere
Steinkohle, immer haarrisse und Poren aufweist, die sich mit Gasen oder Luft ausfüllen
und das spezifische Gewicht der Körnchen verändern. Ein völlig riß- und porenfreier,
also homogener Kohlenwürfel, hat z. B. die Wichte 1,3250. Enthält dieser Würfel
aber einen mit Gasen oder Luft ausgefüllten Porenraum, so beträgt die Wichte z.
B. nur 1,3223. Bei einer Wichte der Schwerflüssigkeit von z. B. i,3--3o wird also
der homogene Kohlenwürfel einwandfrei absinken, während der mit Porenraum versehene
aufschwimmen wird, d. h. also, daß Kohlenstücke mit gleicher Substanzwichte und
damit gleichem Aschengehalt, das eine Mal als Sinkgut, das andere Mal als Schwimmgut
erscheinen. Bei einer Wichte der Trennflüssigkeit von 1,3230 wird ein homogener
Kohlewürfel der Wichte 1,3229 aufschwimmen. Ein Kohlewürfel mit einer Scheinwichte
von 1,3229 wird aber ebenfalls aufschwimmen, trotzdem seine Substanzwichte bei Annahme
eines Porenvolumens von 1/50o seines Kornvolumens 1,3255 beträgt. Damit ist aber
auch sein Aschegehalt höher. Hat das homogene Teilchen mit der Wichte 1,3229, wie
es bei der Untersuchung von Steinkohle der Hornung 1 bis 3 mm der Fall war, einen
Aschengehalt von o,6 °/o, so weist das Kohlestückchen mit der Scheinwichte von 1,3229
und einer wirklichen Substanzwichte von 1,3255 einen Aschegehalt von o,78 °; o auf.
Die Porenräume und Haarrisse bedingen aber nicht allein die Scheinwichte, sondern
von gleicher, wenn nicht sogar größerer Bedeutung ist die Benetzung der Oberfläche
des aufzubereitenden Gutes durch die Schwerflüssigkeit. Es muß vermieden werden,
daß an der Oberfläche des Scheidegutes molekulare Luftschichten bestehen oder makroskopische
Luftstellen bzw. -bläschen haftenbleiben, -wie es besonders beim Eintauchen von
aufzubereitendem Gut in Salzschwerelösungen zu beobachten ist. Hierdurch erfährt
das Gut eine erhebliche Veränderung seiner wahren Wichte. In solchen Fällen werden
sogar vollkommen homogene Teilchen mit höherer Wichte als die der Schwerflüssigkeit
einen Auftrieb erfahren und Fehlgut ergeben.
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Eine vollständige Benetzung der aufzubereitenden Stoffe durch die
Trennflüssigkeit ist also Voraussetzung für eine der Theorie nahekommende Scheidung.
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Die durch die Erfindung angewendeten Mittel sind in der Lage, die
in den Poren bzw. Rissen und am Körper haftenden Luft- und Gasmengen zu beseitigen,
weil durch den Zusatz von Netzmitteln bzw. die Benetzung verbessernde Mittel die
Oberflächenspannung der Schwerflüssigkeit gegenüber dem Aufbereitungsgut so verändert
wird, daß die Benetzung der gesamten Oberfläche der einzelnen Gutsteile nahezu vollkommen
erreicht wird.
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Bei der Scheidung einer Steinkohle mit geringem Aschegehalt der Körnung
0,5 bis 1 mm in Calciumchlorid-Schwerflüssigkeit, die eine konstant gehaltene
Wichte von 1,34o aufwies, wurden bei verschiedenen hohen Zusätzen eines Netzmittels
folgende Ergebnisse erzielt
| Netzmittelzusatz (g/1) |
| 0,0 1 2,0 1 5,0 1 10,0 1 15,0 |
| Schwimmgutaus- |
| bringen (Gewichts- |
| prozent) ........ g1,oo 86,25 85,87 85,17 8432 |
| Aschegehalt ("/o) . 0,84 o,61 o,62 0,58 o,54 |
Mit einem anderen Netznüttel wurden bei Aufbereitung derselben
Kohle ebenfalls bei konstant bleibender Wichte von 1,340 in einer Eisenchlorid-Schwerflüssigkeit
folgende Zahlen ermittelt
| 1\Tetzmittelzusatz (g!1) |
| 0,0 1 2,0 I 5,0 1 10,0 1 15,0 |
| i |
| Schwimmgutaus- |
| bringen (Gewichts- |
| prozent) ........ 89,5o 84,87 8o,12 82,12 82,00 |
| Aschegehalt (%) . o,8o o,62 o,6o o,56 0,56 |
Demnach ist festzustellen, daß mit steigendem Netzmittelzusatz die Benetzungsfähigkeit
der Schwerflüssigkeit verbessert, das Ausbringen um die sich absetzenden Fehlgutanteile
vermindert, der Aschegehalt günstiger gestaltet wird und die Werte der Tetraanalyse
erreicht werden (Tetrachlorkohlenstoff ist an sich eine ideale Schwerflüssigkeit,
aber wegen ihres hohen Preises und der Kompliziertheit ihrer Wiedergewinnung für
großtechnische Verfahren ungeeignet). Wenn auch viele bekannte chemische Netzmittel
wegen ihres verhältnismäßig hohen Preises nicht immer wirtschaftlich verwendet werden
können, so sind auch billige Netzmittel oder die Benetzung verbessernde Mittel,
z. B. Borax zur Chlorcalcium-Schwerflüssigkeit, bekannt.
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Die Benetzung kann auch durch Vorbehandlung der Oberfläche des Aufbereitungsgutes
z. B. dadurch verbessert werden, daß die am Aufbereitungsgut haftenden bzw. in ihm
enthaltenden Gas- und Luftmengen durch Vakuum oder durch Einbringen vorerwärmten
Aufbereitungsgutes in kältere Schwerflüssigkeit zwecks Kontraktion der anhaftenden,
vorexpandierten Gas-bzw. Luftmengen bzw. von kaltem Aufbereitungsgut in heißer,
sich bis zur Beendigung des Trennvorganges abkühlender Schwerflüssigkeit zwecks
Expansion der anhaftenden Gas- und Luftmengen und Loslösen derselben von dem Aufbereitungsgut
mit anschließender Kontraktion der restlichen Gas- und Luftmengen beseitigt werden.
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Es ist ferner möglich, das Aufbereitungsgut vor dem Eintauchen in
die Schwerflüssigkeit mit einem Oberflächenhäutchen zu überziehen, das infolge der
Oberflächenspannung seine Oberfläche verkleinert und dadurch vorhandene Gas- und
Luftmengen verdrängt. Der Überzug mit einem Oberflächenhäutchen kann dadurch erfolgen,
daß an das aufzubereitende Gut nur so viel Schwerflüssigkeit herangebracht wird,
als zur Bildung eines dünnen Flüssigkeitshäutchens über jedes Einzelteilchen notwendig
ist.. Hat sich das Flüssigkeitshäutchen gebildet, so kann Flüssigkeit bis z um Iberschuß
zugegeben werden. Diese Arbeitsweise hat den Vorteil, daß die vorsichtig aufgebrachte
Schwerflüssigkeit an den Wänden der Kapillaren und Haarrisse verkriecht und die
darin enthaltene Luft verdrängt. Man kann auch das Gut in Schwerflüssigkeit tauchen
und anschließend auf Sieben, Nutschen, Zentrifugen od. dgl. Schwerflüssigkeit so
lange entfernen, bis sich Oberflächenhäutchen gebildet haben, wonach dann die Scheidung
in Schwerflüssigkeit erfolgt. Jedoch werden bei diesem Verfahren die Eintrittsöffnungen
der Kapillaren leichter als bei Zugabe von Flüssigkeitstropfen verschlossen. Zweckmäßig
wird die Schwerflüssigkeit deshalb in zerstäubter Form auf das in geeigneter Verteilung
vorliegende Gut, z. B. auf das auf Transportmitteln sich umwälzend bewegende oder
auch auf das frei fallende Gut aufgesprüht bzw. das Gut mit allmählich zugegebener
Schwerflüssigkeit angerührt. Dabei können kalte oder erwärmte Schwerflüssigkeiten
mit oder ohne Netzmittelzusatz bzw. verbesserter Netzfähigkeit zur Anwendung kommen.
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Die Betrachtungen beziehen sich hauptsächlich auf Salzlösungen, wie
Zinkchlorid, Calciumchlorid usw., die als homogene Flüssigkeiten vorliegen oder
auf eine Suspension von Feststoffen in Flüssigkeiten. Durch Verbesserung der Benetzung
durch die flüssige Phase dieser Suspension wird auch hier eine Annäherung der Scheinwichte
an die wirkliche Wichte erfindungsgemäß herbeigeführt.
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Der störende Einfluß der Scheinwichte macht sich natürlich auch bei
anderen Aufbereitungsverfahren in Schwerflüssigkeiten bemerkbar, d. h. auch bei
Verfahren, bei denen die Auf- und Abtriebkräfte des zu trennenden Aufbereitungsgutes
die Trennung bewirken, z. B. bei der Durchführung von Sink- und Schwimmaßnahmen
in Salzlösungen. Besonders aber auch bei der Gewinnung sehr aschearmer Produkte
der Steinkohle, z. B. zur Herstellung von Elektroden u. dgl., ist eine gute Benetzung
von größter Bedeutung, während bei der Gewinnung von Kohleprodukten mit höherem
handelsüblichem Aschegehalt der Grad der Benetzung nicht ausschlaggebend ist.
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Die Benetzung greift auch auf das Gebiet der chemischen Entaschung
über. Um eine größere Tiefenwirkung der Chemikalien zu erhalten, um z. B. Asche
aus der Kohle herauszulösen, ist es erforderlich, daß die Chemikalien möglichst
leicht auf dem Weg über die Kapillaren und Haarrisse in die Kohle eindringen. Hier
sind Lösemittel, deren Benetzungsfähigkeit durch Zusatz von Netzmitteln erhöht ist,
gute Helfer.
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Nach der Erfindung werden zusammenfassend die Vorteile erzielt, daß
bei der Aufbereitung von Kohle, Erz od. dgl. nach dem spezifischen Gewicht durch
Verbesserung der Benetzung zwischen Aufbereitungsgut und Flüssigkeit Fehlwanderungen
von Gutsteilen vermieden und die Gewinnung reiner Produkte erzielt wird.