EP0850107A1 - Method of comminuting and crushing conglomerated solids into non-metallic or partially metallic components and for comminuting homogeneous non-metallic solids - Google Patents

Method of comminuting and crushing conglomerated solids into non-metallic or partially metallic components and for comminuting homogeneous non-metallic solids

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Publication number
EP0850107A1
EP0850107A1 EP96930040A EP96930040A EP0850107A1 EP 0850107 A1 EP0850107 A1 EP 0850107A1 EP 96930040 A EP96930040 A EP 96930040A EP 96930040 A EP96930040 A EP 96930040A EP 0850107 A1 EP0850107 A1 EP 0850107A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
solid
metallic
voltage
discharge
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP96930040A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christoph Schultheiss
Georg Müller
Volker Neubert
Valeri Isaakovich Kuretz
Eduard Tarakanovski
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Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0850107A1 publication Critical patent/EP0850107A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/18—Use of auxiliary physical effects, e.g. ultrasonics, irradiation, for disintegrating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/18—Use of auxiliary physical effects, e.g. ultrasonics, irradiation, for disintegrating
    • B02C2019/183—Crushing by discharge of high electrical energy

Definitions

  • the invention relates to a method for comminuting and crushing solids conglomerated from nonmetallic or partially metallic constituents and for comminuting homogeneous nonmetallic solids by rapidly discharging an electrical energy store with a high voltage amplitude.
  • the invention relates to uses of the method to break down different types of substances by type.
  • the solid materials are immersed in a liquid which is held in a suitable vessel.
  • the electrode system consisting of high-voltage electrodes and grounded electrodes of the electrical discharge circuit protrudes into the mixture of liquid and solid.
  • the discharges take place individually or at periodic intervals, the latter being limited in their repetitive frequency by the dimensioning of the components of the system, essentially by the charging constant of the energy store and necessary relaxation processes such as the breakdown of bubbles in the process liquid.
  • Fragmentation of solid bodies by shock waves is known per se and is often mentioned under the term electrohydraulic comminution or crushing of solid or brittle bodies. Usually these are pulse discharges from capacitor banks in water by means of an electrode system immersed in them. The shock wave generated during the discharge is directed either by a focussing element (parabolic mirror in a lithium transponder) or without such means onto the material to be broken up and crushed. The decrease in the intensity of the shock wave with distance and the reflection and transmission at interfaces are limiting physics.
  • a method for crushing ores with explosive energy which is released in a liquid and an apparatus for carrying out the method is specified in US Pat. No. 3,207,447.
  • ore is mixed with the liquid to form a sludge and filled into the reaction vessel.
  • Explosions are then periodically generated there, which smash the ore particles over the shock wave generated in this way, so that the usable components can be separated from the useless components.
  • the explosions are achieved by discharging an electrical energy store.
  • electrodes protrude into the sludge contained in the vessel.
  • a vessel in which materials can be smashed with a higher degree of efficiency by focusing the shock wave.
  • the vessel is covered at its opening with a device which reflects the shock wave emanating from the electrical discharge between the anode and cathode and focuses on the pile of material lying on the bottom of the vessel.
  • This lid is elastic connected to the vessel wall in order to cushion the mechanical load from the shock wave.
  • the underlying principle of material destruction is the generation of a shock wave by electrical discharge in the liquid.
  • the shock wave thus generated in the reaction vessel acts on the objects to be smashed from the outside (electrohydraulics).
  • a high expenditure of energy is necessary for this, since the hard or brittle materials immersed in the liquid have to be broken up by the action of pressure from the outside, comparable to hammer blows.
  • a balance of the energy input shows only from a physical point of view that no amount of energy can be introduced into the solid in the liquid through the shock wave effect, so that the destruction process can only be improved on this basis by means of higher discharge currents and thus larger energy stores.
  • the intensity of the shock wave decreases with 1 / r 2 from the point of origin.
  • the incoming shock wave is split up, namely that about 2/3 is reflected in water as liquid and about 1/3 penetrates into the body to be destroyed.
  • the energy input into the solid via electro-hydraulic action is therefore proportionately small.
  • the increase in the storage energy by means of an enlarged capacitor battery means higher discharge currents, which entails a greater load on the components via current load (on switching components) and shock wave (vibration on particularly exposed components in the reaction vessel).
  • the invention is based on the object of supplementing or replacing the electrohydraulic smashing method by means of shock waves in such a way that with a considerably higher energy entry into the body to be destroyed, smashing is achieved with less energy expenditure.
  • the object is achieved by the method steps of claim 1 while observing the specified parameter ranges.
  • the apparatus structure can be suitable for the respective material, which, in addition to the usual material placement in the liquid, is also based on the easy material loading and rapid material removal.
  • FIG. 1 a shows the electrical model on which the interpretation of the processes during the discharge in the reaction vessel is based.
  • FIG. 2 shows such distortion curves for rock, water, transformer oil and air. All curves generally show a non-linear drop in the required breakdown voltage with increasing delay time T, but the drop is not the same in time and the voltage level is sometimes significantly different, that is to say material-specific.
  • air is characterized by a curve of the voltage-time curve that has very low voltage values throughout.
  • transformer oil has a very high voltage level throughout.
  • Two curves in FIG. 2 show that the breakdown voltage curve depends on a type of solid (stone) and flux. cut liquid (water). If the breakdown voltage is reached in this intersection time, 500 nsec for this example, the breakdown can take place both in stone and in the liquid. If the tension rises faster than this point of intersection, then the breakthrough in stone is more likely. If the voltage rises more slowly, the breakthrough in water is more likely. The tendency to break through is of course the more probable for one or the other medium, the more clearly the voltage rise on the side or beyond the delay time ⁇ is for the intersection.
  • the delay time specification ⁇ or the time ⁇ until the breakdown voltage amplitude is reached in claim 1 is therefore material-specific. It has only proven to be reliable for many rock-like materials and ores. In one or the other application, it could be modified in the case of intersecting characteristic curves of the material to be destroyed and reaction liquid, taking into account the delay time at the intersection of the two.
  • the right corner point of the common overlap area indicates the time of delay from which the breakthrough in the liquid occurs.
  • Such a system can therefore be operated much more efficiently than in the pure electrohydraulic regime if: the field strength between the electrodes is in the range between 10 kV / mm and 30 kV / mm, the voltage rise to breakdown voltage takes place within 200 nsec, or more generally: the reliability is considerably shorter than the delay time at the point of intersection of the liquid and solid reaction medium in the reaction vessel, and the energy coupling along the discharge path in the solid, based on this path, is in the range between 12 J / mm and 40 J / mm holds.
  • the energy input per discharge determines the action mechanism in the solid.
  • the parameter range is selected so that in the solid body along the unloading path by energy coupling the body is torn by the shock wave generated inside, so to speak an explosion tearing. It comes about as follows:
  • the heat coupled in along the discharge path in a very short time is not and cannot be dissipated sufficiently quickly via heat conduction, but rather releases a shock wave in the solid body via velocity components of the atoms, directed away from the discharge channel.
  • the effect of the shock wave is strengthened by the superposition of reflected portions of the shock wave at the interfaces of the solid body to the liquid medium, as a result of which the solid body is further broken down into fractions.
  • shock wave generated in the material itself compared to an external impact on the body is incomparably higher on the basis of the one explained above in the introduction.
  • the shock wave generated in the solid body around the discharge channel loses only about 1/3 of the intensity to the liquid process medium due to transmission at the solid body interface, 2/3 are reflected there and continue to strain the body when it moves through it. It is understandable by this model that the shock wave generated in the body and the resulting explosion rupture place a much greater burden on the body than the shock wave action from outside in the form of compression on the body.
  • the solid bodies immersed in the process liquid can be successively reduced to a predetermined grain size by repeated unloading processes.
  • the grain size of the destroyed goods down to 40 ⁇ m can be achieved without increasing the efforts for this.
  • the minimum grain size that can be achieved with this method is material-specific and can be quickly determined by tests in a laboratory system.
  • Claim 2 therefore identifies tap water or demineralized water as the process liquid with which the minimum time in the voltage rise due to the intersection of the breakdown curve of water and that of the solid must be undershot.
  • Claim 3 characterizes liquids with good electrical insulation, such as transformer oils, alcohols, paraffins in liquid, that is to say heated, or liquid substances, cooled or heated, with which a breakthrough in the solid is achieved in any case.
  • the process liquid may well be a multi-component liquid with the above-mentioned properties.
  • Claim 5 characterizes the choice of polarity of the high voltage.
  • a positive polarity of the high voltage at the one electrode immersed in the liquid and the other electrode at ground potential in the form of a sieve, for example, through which the small fractions fall work more efficiently than if it had high electrode negative polarity. This can be explained plausibly on the model of the gas breakthrough between the anode and the cathode.
  • the method can be used in a wide variety of ways, as is characterized in the claims 6 and 7. It can be used to process ore-containing rock, inclusions containing precious metals or to uncover minerals and crystalline inclusions (claim 6).
  • FIG. 2 curve of the breakdown voltage as a function of the delay time
  • FIG. 3 curve of the breakdown voltage in the tolerance band
  • FIG. 4 classification of FIG. 2 into the current flow and shock wave regime
  • Figure 6 shows the reaction vessel in section.
  • Figure la is briefly explained again from the electrical structure. It shows the electrical scheme for the determination of the breakdown voltage curves.
  • the source 13 which consists of a converter and transformer, feeds the capacitor 10, which then passes into the load via the spark gap 14 16 discharges.
  • the load 16 consists of the electrically parallel arrangement of solid and liquid.
  • the reaction vessel 1 is located on a frame 2.
  • the frame 2 is the collecting vessel 3 for the fractions 5 that have sunk through the sieve 4 and are deposited on the bottom.
  • the sieve 4 is connected to earth potential.
  • the reaction vessel 1 consists of an impact-resistant plastic which can absorb the impacts during the discharges.
  • the indicated rings 6 are mechanical reinforcement rings which also extend the electrical creepage path, so that creep discharge along the reaction vessel is at least very difficult or even completely prevented.
  • the positively polarized high-voltage electrode 7 projects into the reaction vessel. It is connected to the energy store 8.
  • the energy store 8 consists of the capacitor bank 10 and the voltage multiplier circuit 9.
  • the entire energy store is also on a frame 11, under which the control cabinet 12, the converter transformer 13 and the switching path 14 to the energy store 8 are located.
  • FIG. 6 is briefly explained in the schematic structure.
  • the section through the wall of the reaction vessel 1 shows the structural arrangement.
  • the hemispherical sieve 4 has a mesh or hole size such that fractions with the desired grain size can fall through or sink through and settle on the bottom of the collecting vessel 3. From there they can be sucked off together with the liquid through the bottom opening.
  • the sieve 4 forms the grounded electrode 4.
  • the reaction vessel 1 is covered with a cover 20, through which the high-voltage electrode 7 projects into the interior of the vessel so that the electrode tip is at the predetermined distance from the sieve 4.
  • the high-voltage electrode 7 is surrounded over a long way in the reaction vessel 1 by a cylindrical insulator 21, which prevents parasitic discharges into the filled process liquid.
  • the bulges 6 are the rings mentioned above for mechanical support of the reaction vessel and for extending the electrical creepage distance.
  • Plants of this type and for such uses have a wide variety of structural designs, particularly when they are embedded in processing processes.

Abstract

The invention concerns a method of comminuting and crushing solids which may be partially metallic such as, for example, blocks of reinforced concrete. In contrast to the known electrohydraulic method, in which comminution is brought about by the effect of shock waves applied to the solids from the exterior, with the novel method the solid is exploded as a result of shock waves being produced therein. This occurs by observing various sets of parameters with respect to breakdown voltage amplitude, a minimum time for reaching this amplitude and the greatest possible input of energy into the solid. With minimum expenditure of energy, this method achieves the same result as the purely electrohydraulic method which consumes far greater amounts of energy.

Description

Verfahren zur Zerkleinerung und Zertrümmerung von aus nichtme¬ tallischen oder teilweise metallischen Bestandteilen konglome- rierten Festkörpern und zur Zerkleinerung homogener nichtme¬ tallischer FestkörperProcess for comminuting and crushing solids conglomerated from non-metallic or partially metallic components and for comminuting homogeneous non-metallic solids
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zerkleinerung und Zertrümmerung von aus nichtmetallischen oder teilweise metal¬ lischen Bestandteilen konglomerierten Festkörpern und zur Zer¬ kleinerung homogener nichtmetallischer Festkörper durch schnelle Entladung eines elektrischen Energiespeichers mit ho¬ her Spannungsamplitude. Darüber hinaus betrifft die Erfindung Verwendungen des Verfahrens, um verschiedenartige Substanzen sortenselektiert aufzuschlüsseln. Hierzu sind die Festkörper¬ materialien in eine Flüssigkeit getaucht, die in einem ge¬ eigneten Gefäß gefaßt ist. Das Elektrodensystem aus Hochspan¬ nungselektroden und geerdeten Elektroden des elektrischen Ent¬ ladekreises ragt in das Gemisch aus Flüssigkeit und Festkör¬ per. Die Entladungen erfolgen einzeln oder in periodischen Zeitabständen, letztere sind in der Höhe ihrer Folgefrequenz durch die Dimensionierung der Bauteile der Anlage beschränkt, im wesentlichen durch die Aufladekonstante des Energiespei¬ chers und notwendige Relaxationsprozesse wie Abbau der Blasen¬ bildung in der Prozeßflüssigkeit.The invention relates to a method for comminuting and crushing solids conglomerated from nonmetallic or partially metallic constituents and for comminuting homogeneous nonmetallic solids by rapidly discharging an electrical energy store with a high voltage amplitude. In addition, the invention relates to uses of the method to break down different types of substances by type. For this purpose, the solid materials are immersed in a liquid which is held in a suitable vessel. The electrode system consisting of high-voltage electrodes and grounded electrodes of the electrical discharge circuit protrudes into the mixture of liquid and solid. The discharges take place individually or at periodic intervals, the latter being limited in their repetitive frequency by the dimensioning of the components of the system, essentially by the charging constant of the energy store and necessary relaxation processes such as the breakdown of bubbles in the process liquid.
Zweck solcher Verfahren iεt, die oben erwähnten konglomerier¬ ten Festkörper wie Beton, Stahlbeton, Metallkeramiken oder sonstige zusammengesetzte, spröde Materialgemische oder spröde nichtmetallische Körper mit homogener Zusammensetzung wie Gra¬ nit, Glas und Erze in die Bestandteile zu zerlegen oder ein¬ fach bis zu einer für einen Weiterverwendungsprozeß brauchba¬ ren Korngröße zu zerkleinern.The purpose of such processes is to disassemble the above-mentioned conglomerated solids such as concrete, reinforced concrete, metal ceramics or other composite, brittle material mixtures or brittle non-metallic bodies with a homogeneous composition such as graphite, glass and ores or simply up to to crush a grain size that is useful for a further use process.
Fragmentierung von Festkörpern durch Schockwellen ist an sich bekannt und wird oft unter dem Begriff elektrohydraulisches Zerkleinern oder Zertrümmern (electrohydraulic comminution or crushing) von festen oder spröden Körpern erwähnt. Überwiegend handelt es sich dabei um Pulsentladungen von Kondensatorbänken in Wasser mittels eines darin eingetauchten Elektrodensystems. Die bei der Entladung entstehende Schockwelle wird entweder durch ein fokussierendes Element (Parabolspiegel bei einem Li- thotripter) oder ohne solche Mittel auf das zu zertrümmernde und zu zerkleinernde Material gelenkt. Die Intensitätsabnahme der Schockwelle mit der Entfernung und die Reflexion und Transmission an Grenzflächen ist dabei begrenzende Physik.Fragmentation of solid bodies by shock waves is known per se and is often mentioned under the term electrohydraulic comminution or crushing of solid or brittle bodies. Mostly these are pulse discharges from capacitor banks in water by means of an electrode system immersed in them. The shock wave generated during the discharge is directed either by a focussing element (parabolic mirror in a lithium transponder) or without such means onto the material to be broken up and crushed. The decrease in the intensity of the shock wave with distance and the reflection and transmission at interfaces are limiting physics.
Ein Verfahren zum Zertrümmern von Erzen mit explosiver Ener¬ gie, die in einer Flüssigkeit freigegeben wird und eine Appa¬ ratur zur Durchführung des Verfahrens ist in der US-PS 3,207,447 angegeben. Dabei wird Erz mit der Flüssigkeit zu ei¬ nem Schlamm vermengt und in den Reaktionskessel gefüllt. Dort werden dann periodisch Explosionen erzeugt, die die Erzparti¬ kel über die so erzeugte Schockwelle zertrümmern, so daß die nutzbaren von den nutzlosen Bestandteilen getrennt werden kön¬ nen. Die Explosionen werden durch die Entladung eines elektri¬ schen Energiespeichers erreicht. Hierzu ragen Elektroden in den im Gefäß gefaßten Schlamm.A method for crushing ores with explosive energy which is released in a liquid and an apparatus for carrying out the method is specified in US Pat. No. 3,207,447. In the process, ore is mixed with the liquid to form a sludge and filled into the reaction vessel. Explosions are then periodically generated there, which smash the ore particles over the shock wave generated in this way, so that the usable components can be separated from the useless components. The explosions are achieved by discharging an electrical energy store. For this purpose, electrodes protrude into the sludge contained in the vessel.
Wesentliche Arbeiten auf diesem Gebiet der Materialzertrümme¬ rung wurden von sowjetischen Entwicklungsgruppen geleistet. In der SU 1542619 AI wird eine Anlage zur Steuerung einer elek- trohydraulischen Mühle offenbahrt. Auf das zu zerkleinernde Material wird durch Schockwellen von außen (elektrohydrau¬ iisch) eingewirkt. Eine Steuerung führt die Anlage optimal und hält den guten Wirkungsgrad in der Zertrümmerungseinrichtung aufrecht.Soviet development groups carried out essential work in this area of material destruction. In SU 1542619 AI, a system for controlling an electro-hydraulic mill is opened. Shock waves act on the material to be comminuted from the outside (electrohydrau¬ iisch). A control system guides the system optimally and maintains the good efficiency in the smashing device.
In der SU 1719075 AI wird ein Gefäß vorgestellt, in dem Mate¬ rialien durch Fokussieren der Schockwelle mit höherem Wir¬ kungsgrad zertrümmert werden können. Hierzu ist das Gefäß an seiner Öffnung mit einer Einrichtung abgedeckt, die die von der elektrischen Entladung zwischen Anode und Kathode ausge¬ henden Schockwelle reflektiert und auf den am Gefäßboden lie¬ genden Materialhaufen fokussiert. Dieser Deckel ist elastisch mit der Gefäßwand verbunden, um die mechanische Belastung durch die Schockwelle abzufedern.In SU 1719075 AI a vessel is presented in which materials can be smashed with a higher degree of efficiency by focusing the shock wave. For this purpose, the vessel is covered at its opening with a device which reflects the shock wave emanating from the electrical discharge between the anode and cathode and focuses on the pile of material lying on the bottom of the vessel. This lid is elastic connected to the vessel wall in order to cushion the mechanical load from the shock wave.
In den zitierten Druckschriften ist das zugrunde liegende Prinzip der MaterialZertrümmerung die Erzeugung einer Schock¬ welle durch elektrische Entladung in der Flüssigkeit. Die so erzeugte Schockwelle in dem Reaktionsgefäß wirkt von außen auf die zu zertrümmernden Gegenstände ein (Elektrohydraulik) . Hierzu ist ein hoher Energieaufwand notwendig, denn die in die Flüssigkeit getauchten harten oder spröden Materialien müssen über Druckeinwirkung von außen her, vergleichbar Hammerschlä¬ gen, aufgebrochen werden. Eine Bilanz über den Energieeintrag zeigt alleine bei physikalischer Betrachtung, daß über die Schockwelleneinwirkung in den Festkörper in der Flüssigkeit nicht beliebig viel Energie eingebracht werden kann, so daß das Zerstörungsverfahren auf dieser Basis nur über höhere Ent- ladeströme und damit größere Energiespeicher verbessert werden kann.In the cited documents, the underlying principle of material destruction is the generation of a shock wave by electrical discharge in the liquid. The shock wave thus generated in the reaction vessel acts on the objects to be smashed from the outside (electrohydraulics). A high expenditure of energy is necessary for this, since the hard or brittle materials immersed in the liquid have to be broken up by the action of pressure from the outside, comparable to hammer blows. A balance of the energy input shows only from a physical point of view that no amount of energy can be introduced into the solid in the liquid through the shock wave effect, so that the destruction process can only be improved on this basis by means of higher discharge currents and thus larger energy stores.
Die Intensität der Schockwelle nimmt bekanntermaßen mit 1/r2 vom Entstehungsort aus ab. An der Grenzoberfläche Flüssig¬ keit/Festkörper wird die ankommende Schockwelle aufgeteilt, und zwar werden dort bei Wasser als Flüssigkeit etwa 2/3 re¬ flektiert und etwa 1/3 dringt in den zu zerstörenden Körper, Granit z. B., ein. Der Energieeintrag in den Festkörper über elektrohydraulische Einwirkung ist also anteilmäßig klein.As is known, the intensity of the shock wave decreases with 1 / r 2 from the point of origin. At the liquid / solid interface, the incoming shock wave is split up, namely that about 2/3 is reflected in water as liquid and about 1/3 penetrates into the body to be destroyed. B., a. The energy input into the solid via electro-hydraulic action is therefore proportionately small.
Die Erhöhung der Speicherenergie über eine vergrößerte Konden¬ satorbatterie bedeutet höhere Entladeströme, die eine stärkere Belastung der Bauteile über Strombelastung (an schaltenden Bauteilen) und Schockwelle (Erschütterung an besonders expo¬ nierten Bauteilen im Reaktionsgefäß) mit sich bringt.The increase in the storage energy by means of an enlarged capacitor battery means higher discharge currents, which entails a greater load on the components via current load (on switching components) and shock wave (vibration on particularly exposed components in the reaction vessel).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das elektrohydrauli¬ sche Zertrümmerungsverfahren mittels Schockwellen so zu ergän¬ zen oder zu ersetzen, daß mit einem erheblich höheren Energie- eintrag in den zu zerstörenden Körper eine Zertrümmerung mit weniger Energieaufwand erreicht wird.The invention is based on the object of supplementing or replacing the electrohydraulic smashing method by means of shock waves in such a way that with a considerably higher energy entry into the body to be destroyed, smashing is achieved with less energy expenditure.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 1 unter Einhaltung der angegebenen Parameterbe¬ reiche gelöst. Der apparative Aufbau kann dabei ein für das jeweilige Material geeigneter sein, der sich neben der übli¬ chen Materialunterbringung in der Flüssigkeit auch an der leichten Materialbeschickung und raschen Materialentnahme ori¬ entiert.According to the invention, the object is achieved by the method steps of claim 1 while observing the specified parameter ranges. The apparatus structure can be suitable for the respective material, which, in addition to the usual material placement in the liquid, is also based on the easy material loading and rapid material removal.
Der wesentliche Gedanke, der einen entscheidenden Fortschritt brachte, entsprang aus Erkenntnissen bei Experimenten und den dabei erhaltenen Messungen, die anhand eines Modells und daran begründeter Spannungs-Zeit-Verläufen erläutert werden sollen. In der Figur la wird hierzu das elektrisches Modell gezeigt, das der Deutung der Vorgänge bei der Entladung im Reaktionsge¬ fäß zugrunde liegt.The main idea that brought decisive progress arose from the findings of experiments and the measurements obtained in the process, which are to be explained using a model and the voltage-time profiles based on it. FIG. 1 a shows the electrical model on which the interpretation of the processes during the discharge in the reaction vessel is based.
Legt man an eine Flüssigkeit und einen Festkörper einen Span¬ nungsimpuls mit sehr kleiner (steiler) Anstiegszeit - der Elektrodenabstand sei gleich -, beobachtet man nach einem zeitlichen Verzug T einen elektrischen Durchschlag. Der zeit¬ liche Verzug τ ist um so kleiner, je höher die angelegte Span¬ nung ist. Figur 2 zeigt solche Verzugskurven für Gestein, Was¬ ser, Transformatorenöl und Luft. Alle Kurven zeigen grundsätz¬ lich mit zunehmender Verzugszeit T tendenziell ein nicht¬ lineares Absinken der benötigten Durchschlagspannung, jedoch ist der Abfall zeitlich nicht gleich und das Spannungsniveau teilweise deutlich verschieden, also materialspezifisch. So zeichnet sich Luft durch einen Verlauf der Spannungs-Zeit- Kurve aus, der durchweg sehr niedrige Spannungswerte aufweist. Transformatorenöl dagegen hat durchweg ein sehr hohes Span¬ nungsniveau.If a voltage pulse with a very short (steep) rise time is applied to a liquid and a solid - the electrode spacing is the same - an electrical breakdown is observed after a delay T. The time delay τ is smaller, the higher the applied voltage. FIG. 2 shows such distortion curves for rock, water, transformer oil and air. All curves generally show a non-linear drop in the required breakdown voltage with increasing delay time T, but the drop is not the same in time and the voltage level is sometimes significantly different, that is to say material-specific. For example, air is characterized by a curve of the voltage-time curve that has very low voltage values throughout. In contrast, transformer oil has a very high voltage level throughout.
An zwei Kurven in Figur 2 ist zu erkennen, daß sich die Durch- bruchspannungskurve von einer Festkörperart (Stein) und Flüs- sigkeit (Wasser) schneiden. Wird die Durchbruchspannung in dieser Schnittpunktszeit, 500 nsec für dieses Beispiel, er¬ reicht, kann der Durchbruch sowohl in Stein als auch in der Flüssigkeit stattfinden. Steigt die Spannung schneller an als in dieser Schnittpunktzeit, dann ist der Durchbruch in Stein wahrscheinlicher. Steigt die Spannung langsamer an, dann ist der Durchbruch in Wasser wahrscheinlicher. Die Neigung zum Durchbruch ist natürlich um so wahrscheinlicher für das eine oder andere Medium, je deutlicher der Spannungsanstieg dies¬ seits oder jenseits der Verzugszeit τ für den Schnittpunkt ist. Die Verzgszeitangabe τ oder die Zeit τ bis zum erreichen der Durchbruchspannungsamplitude in Anspruch 1 ist also mate¬ rialspezifisch. Sie hat sich nur für viele gesteinsartigen Ma¬ terialien und Erze als zuverlässig herausgestellt. Sie könnte in dem einen oder andern Anwendungsfall bei sich schneidenden Kennlinien von zu zerstörendem Material und Reaktionsflüssig¬ keit unter Berücksichtigung der Verzugszeit im Schnittpunkt der beiden modifiziert werden.Two curves in FIG. 2 show that the breakdown voltage curve depends on a type of solid (stone) and flux. cut liquid (water). If the breakdown voltage is reached in this intersection time, 500 nsec for this example, the breakdown can take place both in stone and in the liquid. If the tension rises faster than this point of intersection, then the breakthrough in stone is more likely. If the voltage rises more slowly, the breakthrough in water is more likely. The tendency to break through is of course the more probable for one or the other medium, the more clearly the voltage rise on the side or beyond the delay time τ is for the intersection. The delay time specification τ or the time τ until the breakdown voltage amplitude is reached in claim 1 is therefore material-specific. It has only proven to be reliable for many rock-like materials and ores. In one or the other application, it could be modified in the case of intersecting characteristic curves of the material to be destroyed and reaction liquid, taking into account the delay time at the intersection of the two.
Das verdeutlicht Figur 3, bei der entlang beider, sich schnei¬ dender Kurven Toleranzbänder um die zugehörige Durchbruchspan- nungskurve gelegt sind. Der linke Eckpunkt des gemeinsamen Überlappungsbereichs gibt die Verzugszeit τ an, für die sehr sicher zuerst der elektrische Durchbruch im Festkörper (Stein) stattfindet. Eine Entladung im Wasser findet wegen dieses SpannungsZusammenbruchs im Gestein nicht statt (siehe Figur la) .This is illustrated in FIG. 3, in which tolerance bands are placed around the associated breakdown voltage curve along both intersecting curves. The left corner point of the common overlap area indicates the delay time τ for which the electrical breakthrough in the solid (stone) takes place very reliably first. A discharge in the water does not take place because of this voltage breakdown in the rock (see figure la).
Der rechte Eckpunkt des gemeinsamen Überlappungsbereichs gibt den Verzugszeitpunkt an, ab dem sicher der Durchbruch in der Flüssigkeit stattfindet.The right corner point of the common overlap area indicates the time of delay from which the breakthrough in the liquid occurs.
Eine Zwischenstellung nimmt die Situation ein, wenn zwischen den Elektroden Wasser und Gestein ist, also der Festkörper in die Flüssigkeit eingetaucht ist (Figur lb) . Während des An¬ steigens der Spannung entstehen im Gestein schon bei geringe¬ ren Feldstärken Ladungsträger, die entlang der elektrischen Feldlinien verschoben werden und aufgrund dieser Wegverkürzung zu einer erhöhten Feldstärke im verbliebenen Wasserweg führen. Nach Figur 2 erreicht die Feldstärke dann lokal die Durch- bruchfeidstärke in der Flüssigkeit, so daß die Entladung durch das Gestein und Wasser gleichzeitig verläuft.The situation takes an intermediate position when there is water and rock between the electrodes, that is, the solid body is immersed in the liquid (FIG. 1b). During the increase in voltage, charge carriers are generated in the rock, even at lower field strengths, along the electrical Field lines are shifted and due to this shortening of the path lead to increased field strength in the remaining waterway. According to FIG. 2, the field strength then locally reaches the breakthrough field strength in the liquid, so that the discharge through the rock and water runs simultaneously.
Die Vertikale durch den Schnittpunkt beider Kurven (Figur 4) bei etwa 500 nsec trennt die Bereiche, Zerstörung durch äußer¬ lich einwirkende Schockwelle (Kompressionszerstörung) und Zer¬ störung, hervorgerufen durch den Stromfluß durch den Festkör¬ per (Explosionszerstörung) . Um die Entladung sicher im Gestein zu provozieren, sollte der Spannungsanstieg aufgrund Figur 3 (Toleranzbänder) wesentlich unterhalb dieser Zeit T = 500 nsec erfolgen. Für das in Figur 4 gezeichnete Beispiel wurde für das sichere Stromflußregime ein Spannungsanstieg bis zur Durchbruchspannung unterhalb der Verzugszeit von 200 nsec ge¬ wählt. Würde statt Wasser Luft verwendet werden, erfolgte auf jeden Fall eine Entladung in Luft. Würde statt Wasser eine elektrisch isolierende Flüssigkeit gemäß Anspruch 3 verwendet werden, das könnte z. B. Transformatoröl, ein Alkohol oder sonst eine Flüssigkeit mit hohem elektrischen Isolationverroö- gen sein, wäre das Unterschreiten dieser beschränkenden Ver¬ zugszeit nicht so problematisch, da dann auf jeden Fall die Entladung durch den eingetauchten Festkörper ginge.The vertical line through the intersection of the two curves (FIG. 4) at about 500 nsec separates the areas, destruction by externally acting shock waves (compression destruction) and destruction caused by the current flow through the solid (explosion destruction). In order to safely provoke the discharge in the rock, the voltage increase based on FIG. 3 (tolerance bands) should take place significantly below this time T = 500 nsec. For the example shown in FIG. 4, a voltage rise to the breakdown voltage below the delay time of 200 nsec was selected for the safe current flow regime. If air were used instead of water, there would definitely be a discharge in air. Would an electrically insulating liquid according to claim 3 be used instead of water, the z. B. transformer oil, an alcohol or any other liquid with a high electrical insulation, falling below this limiting delay time would not be so problematic, since then the discharge would go through the immersed solid.
Eine solche Anlage kann also sehr viel effizienter als im rei¬ nen elektrohydraulischen Regime betrieben werden, wenn: sich die Feldstärke zwiεchen den Elektroden in den Grenzen zwischen lOkV/mm und 30kV/mm hält, der Spannungsanstieg bis zur Durchbruchspannung innerhalb 200 nsec erfolgt, oder allgemeiner: der Zuverlässigkeit we¬ gen erheblich kleiner als die Verzugszeit im Schnittpunkt des flüssigen und festen Reaktionsmediums im Reaktionsgefäß ist, und die Energieeinkopplung entlang des Entladepfads im Festkör¬ per, bezogen auf diesen Weg, sich in den Schranken zwischen 12 J/mm und 40 J/mm hält. Der Energieeintrag pro Entladung bestimmt den Wirkungsmecha¬ nismus im Festkörper. Der Parameterbereich ist so gewählt, daß im Festkörper längs des Entladewegs durch Energieeinkopplung ein Zerreißen des Körpers durch die im Innern erzeugte Schock¬ welle erfolgt, sozusagen ein Explosionszerreißen. Sie kommt folgendermaßen zustande:Such a system can therefore be operated much more efficiently than in the pure electrohydraulic regime if: the field strength between the electrodes is in the range between 10 kV / mm and 30 kV / mm, the voltage rise to breakdown voltage takes place within 200 nsec, or more generally: the reliability is considerably shorter than the delay time at the point of intersection of the liquid and solid reaction medium in the reaction vessel, and the energy coupling along the discharge path in the solid, based on this path, is in the range between 12 J / mm and 40 J / mm holds. The energy input per discharge determines the action mechanism in the solid. The parameter range is selected so that in the solid body along the unloading path by energy coupling the body is torn by the shock wave generated inside, so to speak an explosion tearing. It comes about as follows:
Die in sehr kurzer Zeit entlang des Entladepfads eingekoppelte Wärme wird nicht und kann nicht über Wärmeleitung ausreichend schnell abgeführt, sondern löst über Geschwindigkeitskomponen¬ ten der Atome, weggerichtet vom Entladekanal, eine Schockwelle im Festkörper auε. Die Wirkung der Schockwelle wird durch die Überlagerung reflektierter Anteile der Schockwelle an den Grenzflächen des Festkörpers zum flüssigen Medium hin ver¬ stärkt, wodurch der Festkörper zusätzlich noch in Fraktionen zerlegt wird.The heat coupled in along the discharge path in a very short time is not and cannot be dissipated sufficiently quickly via heat conduction, but rather releases a shock wave in the solid body via velocity components of the atoms, directed away from the discharge channel. The effect of the shock wave is strengthened by the superposition of reflected portions of the shock wave at the interfaces of the solid body to the liquid medium, as a result of which the solid body is further broken down into fractions.
Der Vorteil einer im Material selbst erzeugten Schockwelle im Vergleich mit einer von außen auf den Körper einwirkenden ist anhand des weiter oben im Eingang erläuterten unvergleichlich höher. Die im Festkörper um den Entladekanal herum erzeugte Schockwelle verliert durch Transmission an der Festkörper¬ grenzfläche nur etwa 1/3 der Intensität zum flüssigen Proze߬ medium hin, 2/3 werden dort reflektiert und belasten den Kör¬ per bei der Wanderung durch ihn weiterhin. Es wird durch die¬ ses Modell verständlich, daß die im Körper erzeugte Schock¬ welle und die dadurch bewirkte Explosionszerreißung eine sehr viel höhere Belastung für den Körper bedeutet als die Schock¬ welleneinwirkung von außen in Form einer Kompression auf den Körper.The advantage of a shock wave generated in the material itself compared to an external impact on the body is incomparably higher on the basis of the one explained above in the introduction. The shock wave generated in the solid body around the discharge channel loses only about 1/3 of the intensity to the liquid process medium due to transmission at the solid body interface, 2/3 are reflected there and continue to strain the body when it moves through it. It is understandable by this model that the shock wave generated in the body and the resulting explosion rupture place a much greater burden on the body than the shock wave action from outside in the form of compression on the body.
In einer kleinen Laboranlage wurde die Auswirkung an Gestein in Wasser überprüft. Für die Entladung nur in Wasser, also Schockwelle von außen auf den Körper, wurden mehr als lOkJ/Puls für die Kompressionszerstörung benötigt, für die Entladung im Festkörper, also Stromfluß durch ihn und damit Explosionszerreißung, wurde das mit 0.6 bis 1 kJ/Puls er- reicht. Das ist ein um eine Größenordnung geringerer Energie¬ aufwand.The impact on rock in water was checked in a small laboratory facility. For the discharge only in water, i.e. shock wave from the outside on the body, more than 10kJ / pulse was required for the compression destruction, for the discharge in the solid state, i.e. current flow through it and thus explosion rupture, it was with 0.6 to 1 kJ / pulse - enough. This is an energy order of magnitude lower.
Durch wiederholte Entladevorgänge können die in der Pro¬ zeßflüssigkeit eingetauchten Festkörper sukzessive auf eine vorgegebene Korngröße herunter zerkleinert werden. Bei Glas kann eine Korngröße des zerstörten Guts bis herunter zu 40μm erreicht werden, ohne die Anstrengungen dafür zu verstärken. Die minimal erreichbare Korngröße mit dieser Methode ist mate¬ rialspezifisch und kann durch Tests in einer Laboranlage rasch ermittelt werden.The solid bodies immersed in the process liquid can be successively reduced to a predetermined grain size by repeated unloading processes. In the case of glass, the grain size of the destroyed goods down to 40 μm can be achieved without increasing the efforts for this. The minimum grain size that can be achieved with this method is material-specific and can be quickly determined by tests in a laboratory system.
Weitere Verfahrensschritte, die sich in dem einen oder andern Zertrümmerungsvorhaben als vorteilhaft herausstellen, betref¬ fen die Auswahl der Prozeßflüssigkeit, wie sie in den Unteran¬ sprüchen 2 und 3 gekennzeichnet sind.Further process steps, which turn out to be advantageous in one or the other smashing project, relate to the selection of the process liquid as characterized in subclaims 2 and 3.
Welche Flüssigkeit für die Zerkleinerung und Zertrümmerung des darin eingetauchten Materials verwendet wird, wird durch vielerlei Gründe festgelegt. Primär wird es die hohe Wirksam¬ keit der Materialzertrümmerung sein. Wichtig ist, wie kann das Gemisch aus Prozeßflüssigkeit und darin vorhandener Fraktionen weiterbehandelt, getrennt und aufbereitet bzw. entsorgt wer¬ den. Anspruch 2 kennzeichnet deshalb als Prozeßflüssigkeit Leitungswasser oder entmineralisiertes Wasser, mit dem die Mindestzeit im Spannungsanstieg aufgrund des Schnittpunkts der Durchschlagkurve von Wasser mit der vom Festkörper unter¬ schritten werden muß. Anspruch 3 dagegen kennzeichnet elek¬ trisch gut isolierende Flüssigkeiten, wie Transformatorenöle, Alkohole, Parafine in flüssiger, also erwärmter Form oder flüssige Substanzen, gekühlt oder erwärmt, mit denen auf jeden Fall ein Durchbruch im Festkörper erreicht wird. Allerdings sind zu treffende Vorsichtsmaßnahmen hinsichtlich der Umwelt¬ belastung dabei nicht zu übersehen, und könnten daher eine sehr wirksame Prozeßflüssigkeit durchaus disqualifizieren. Sind andererseits die zu prozessierenden Festkörper nicht hart oder spröde genug, kann dies durch eine kalte Prozeßflüssig¬ keit erreicht werden. Flüssiger Stickstoff ist bekannterweise eine solche Flüssigkeit, mit der Versprödung erreicht werden kann.There are many reasons why the liquid used to crush and break up the material immersed in it. Primarily, it will be the high effectiveness of material destruction. It is important how the mixture of process liquid and the fractions present in it can be further treated, separated and processed or disposed of. Claim 2 therefore identifies tap water or demineralized water as the process liquid with which the minimum time in the voltage rise due to the intersection of the breakdown curve of water and that of the solid must be undershot. Claim 3, on the other hand, characterizes liquids with good electrical insulation, such as transformer oils, alcohols, paraffins in liquid, that is to say heated, or liquid substances, cooled or heated, with which a breakthrough in the solid is achieved in any case. However, precautionary measures to be taken with regard to environmental pollution cannot be overlooked and could therefore very well disqualify a very effective process fluid. On the other hand, if the solids to be processed are not hard or brittle enough, this can be achieved by a cold process liquid. Liquid nitrogen is known to be such a liquid with which embrittlement can be achieved.
Grundsätzlich sollte sie chemisch nicht reaktionsfreudig sein. Flüssige Luft oder gar flüssiger Sauerstoff scheidet daher ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen als Prozeßflüssigkeit aus.Basically, it should not be chemically reactive. Liquid air or even liquid oxygen is therefore excluded as a process liquid without any special precautions.
Die Prozeßflüssigkeit kann durchaus eine Mehrkomponenten-Flüs¬ sigkeit mit den genannten Eigenschaften sein, wie das Anspruch 4 kennzeichnet.The process liquid may well be a multi-component liquid with the above-mentioned properties.
Anspruch 5 kennzeichnet die Polaritätswahl der Hochspannung. Erfahrungsgemäß hat sich herausgestellt, daß eine positive Po¬ larität der Hochspannung an der in die Flüssigkeit getauchten einen Elektrode und die auf Erdpotential gelegte andere Elek¬ trode in Form eines des Siebes etwa, durch das die kleinen Fraktionen fallen, effizienter arbeitet, als hätte die hoch¬ liegende Elektrode negative Polarität. Das läßt sich am Model des Gasdurchbruchs zwischen Anode und Kathode plausibel erläu¬ tern.Claim 5 characterizes the choice of polarity of the high voltage. Experience has shown that a positive polarity of the high voltage at the one electrode immersed in the liquid and the other electrode at ground potential in the form of a sieve, for example, through which the small fractions fall, work more efficiently than if it had high electrode negative polarity. This can be explained plausibly on the model of the gas breakthrough between the anode and the cathode.
Das Verfahren läßt sich sehr vielseitig verwenden, wie in den Verwendungsansprüchen 6 und 7 gekennzeichnet ist. Es läßt sich zur Aufbereitung von erzhaltigem Gestein, edelmetallhaltigen Einschlüssen oder zur Freilegung von Mineralien und kristalli¬ nen Einschlüssen verwenden (Anspruch 6) .The method can be used in a wide variety of ways, as is characterized in the claims 6 and 7. It can be used to process ore-containing rock, inclusions containing precious metals or to uncover minerals and crystalline inclusions (claim 6).
Es läßt sich zur Auftrennung von Metall-Kunststoff-Keramik- Verbindungen oder Kombinationsverbindungen daraus verwenden (Anpruch 7) , wie sie beim Recycling von technisch hochwertigen Produkten am Ende ihrer Lebensdauer anfallen.It can be used for the separation of metal-plastic-ceramic connections or combination connections therefrom (Claim 7), as they occur when recycling technically high-quality products at the end of their service life.
Zusammenfassend wird hervorgehoben, daß erst das Einstellen der Parametersätze unter Einhaltung der (eventuell spezifi- - lo ¬ schen) Zeit für das Erreichen der Durchbruchspannungs- amplitude, wie sie in Form der beiden Ungleichungen im An¬ spruch 1 aufgeführt sind, ein Zerkleinern oder Zertrümmern des festkörperartigen Materials über Explosionszerstörung mit mi¬ nimalem Energieaufwand roöglicht ist. Die Kompressionszerstö¬ rung (Elektrohydraulik) benötigt für die selbe Wirkung einen um mindestens eine Größenordnung höheren Energieaufwand. Das erfinderische Verfahren wurde oben schon ausführlich er¬ läutert und erklärt. Der Vollständig halber soll der Aufbau und die Wirkungsweise einer Anlage, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann, kurz beschrieben werden. Zu den schon beschriebenen Figuren der Zeichnung kommen noch zwei weitere über einen prinzipiellen Anlagenaufbau und ein bei¬ spielhaftes Reaktionsgefäß hinzu. Die Zeichnung besteht somit aus:In summary, it is emphasized that only the setting of the parameter sets in compliance with the (possibly specific - Deletion) time for reaching the breakdown voltage amplitude, as listed in the form of the two inequalities in claim 1, crushing or shattering of the solid-like material via explosion destruction with minimal energy expenditure is possible. The compression destruction (electrohydraulics) requires an energy expenditure that is at least an order of magnitude higher for the same effect. The inventive method has already been explained and explained in detail above. For the sake of completeness, the structure and mode of operation of a system with which the method can be carried out are briefly described. In addition to the figures in the drawing which have already been described, two more are added via a basic system structure and an exemplary reaction vessel. The drawing therefore consists of:
Figur la Modell zur Betrachtung der Entladevorgänge,Figure la model for viewing the unloading processes,
Figur lb Modell zur Betrachtung der Entladevorgänge,FIG. Lb model for viewing the unloading processes,
Figur 2 Verlauf der Durchschlagspannung in Abhängigkeit der Verzugszeit,FIG. 2 curve of the breakdown voltage as a function of the delay time,
Figur 3 Verlauf der Durchschlagspannung im Toleranzband,FIG. 3 curve of the breakdown voltage in the tolerance band,
Figur 4 Einteilung der Figur 2 in das Stromfluß- und Schock¬ wellen-Regime,FIG. 4 classification of FIG. 2 into the current flow and shock wave regime,
Figur 5 Aufbau der Zertrümmerungsanlage undFigure 5 Structure of the smashing plant and
Figur 6 das Reaktionsgefäß im Schnitt.Figure 6 shows the reaction vessel in section.
Zunächst wird Figur la nochmals vom elektrischen Aufbau her kurz erläutert. Sie zeigt das elektrische Schema für die Er¬ mittlung der Durchschlagspannungs-Kurven. Die Quelle 13, die aus Stromrichter und Transformator besteht, speist den Konden¬ sator 10, der sich dann über die Funkenstrecke 14 in die Last 16 entlädt. Die Last 16 besteht aus der elektrisch parallelen Anordnung aus Festkörper und Flüssigkeit.First, Figure la is briefly explained again from the electrical structure. It shows the electrical scheme for the determination of the breakdown voltage curves. The source 13, which consists of a converter and transformer, feeds the capacitor 10, which then passes into the load via the spark gap 14 16 discharges. The load 16 consists of the electrically parallel arrangement of solid and liquid.
Eine beispielhafte Zertrümmerungs- und Zerkleinerungsanlage ist in Figur 5 dargestellt. Das Reaktionsgefäß 1 befindet sich auf einem Gestell 2. In dem Gestell 2 ist das Auffanggefäß 3 für die durch das Sieb 4 gesunkenen Fraktionen 5, die sich am Boden ablagern. Das Sieb 4 liegt an Erdpotential. Das Reakti¬ onsgefäß 1 besteht aus einem schlagzähen Kunststoff, der die Stöße bei den Entladungen abfangen kann. Die angedeuteten Ringe 6 sind mechanische Verstärkungsringe, die darüber hinaus den elektrischen Kriechweg verlängern, so daß eine Kriechent¬ ladung entlang des Reaktionsgefäß zumindest sehr erschwert oder gar völlig unterbunden wird. In das Reaktionsgefäß hinein ragt die positiv polarisierte Hochspannungselektrode 7. Sie ist mit dem Energiespeicher 8 verbunden. Der Energiespeicher 8 besteht aus der Kondensatorbatterie 10 und der Spannungsver- vielfacherschaltung 9.An exemplary smashing and crushing plant is shown in FIG. 5. The reaction vessel 1 is located on a frame 2. In the frame 2 is the collecting vessel 3 for the fractions 5 that have sunk through the sieve 4 and are deposited on the bottom. The sieve 4 is connected to earth potential. The reaction vessel 1 consists of an impact-resistant plastic which can absorb the impacts during the discharges. The indicated rings 6 are mechanical reinforcement rings which also extend the electrical creepage path, so that creep discharge along the reaction vessel is at least very difficult or even completely prevented. The positively polarized high-voltage electrode 7 projects into the reaction vessel. It is connected to the energy store 8. The energy store 8 consists of the capacitor bank 10 and the voltage multiplier circuit 9.
Der gesamte Energiespeicher steht ebenfalls auf einem Gestell 11, unter dem sich der Steuerschrank 12, der Stromrichter¬ transformator 13 und die Schaltstrecke 14 zum Energiespeicher 8 befindet.The entire energy store is also on a frame 11, under which the control cabinet 12, the converter transformer 13 and the switching path 14 to the energy store 8 are located.
Ohne hier auf die technischen Besonderheiten einzugehen, wird Figur 6 im schematischen Aufbau kurz erläutert. Der Schnitt durch die Wand des Reaktionsgefäßes 1 zeigt die konstruktive Anordnung. Das halbkugelförmige Sieb 4 hat eine Maschen- oder Lochweite derart, daß Fraktionen mit der gewünschten Korngröße durchfallen oder durchsinken können und sich am Boden des Auf¬ fangefäßes 3 absetzen. Von dort können diese durch die Boden¬ öffnung zusammen mit der Flüssigkeit abgesaugt werden. Das Sieb 4 bildet die geerdete Elektrode 4. Das Reaktionsgefäß 1 ist mit einem Deckel 20 abgedeckt, durch den hindurch die Hochspannungselektrode 7 in das Gefäßinnere so ragt, daß die Elektrodenspitze den vorgegebenen Abstand zum Sieb 4 einnimmt. Die Hochspannungselektrode 7 ist über einen langen Weg im Re¬ aktionsgefäß 1 von einem zylindrischen Isolator 21 umgeben, der parasitäre Entladungen in die eingefüllte Prozeßflüssig¬ keit unterbindet. Die Ausbuchtungen 6 sind die oben erwähnten Ringe zur mechanischen Stütze des Reaktionsgefäßes und zur Verlängerung des elektrischen Kriechwegs.Without going into technical details here, Figure 6 is briefly explained in the schematic structure. The section through the wall of the reaction vessel 1 shows the structural arrangement. The hemispherical sieve 4 has a mesh or hole size such that fractions with the desired grain size can fall through or sink through and settle on the bottom of the collecting vessel 3. From there they can be sucked off together with the liquid through the bottom opening. The sieve 4 forms the grounded electrode 4. The reaction vessel 1 is covered with a cover 20, through which the high-voltage electrode 7 projects into the interior of the vessel so that the electrode tip is at the predetermined distance from the sieve 4. The high-voltage electrode 7 is surrounded over a long way in the reaction vessel 1 by a cylindrical insulator 21, which prevents parasitic discharges into the filled process liquid. The bulges 6 are the rings mentioned above for mechanical support of the reaction vessel and for extending the electrical creepage distance.
Anlagen solcher Art und für solche Verwendungen haben die vielfältigsten konstruktiven Ausgestaltungen, insbesondere wenn sie in Aufbereitungsprozesse eingebettet sind. Plants of this type and for such uses have a wide variety of structural designs, particularly when they are embedded in processing processes.
BezuqszeichenlisteReference list
1 Reaktionsgefäß1 reaction tube
2 Gestell2 frames
3 Auffanggefäß3 collecting vessel
4 Sieb, geerdete Elektrode4 sieve, grounded electrode
5 Fraktion5 fraction
6 Ring, Ausbuchtung6 ring, bulge
7 Hochspannungselektrode7 high voltage electrode
8 Energiespeicher8 energy storage
9 Spannungsvervielfacherschaltung9 voltage multiplier circuit
10 Kondensatorbatterie, Kondensator10 capacitor bank, capacitor
11 Gestell11 frame
12 Steuerschrank12 control cabinet
13 Stromrichtertransformator, Quelle13 converter transformer, source
14 Schaltstrecke, Funkenstrecke14 switching path, spark gap
15 Schalter15 switches
16 Last16 load
17 Festkörper17 solids
18 Flüssigkeit18 liquid
19 Bodenöffnung 20 Deckel19 bottom opening 20 lid
21 Isolator21 isolator
22 Funkenstrecke, Schalter 22 spark gap, switch

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Zerkleinerung und Zertrümmerung von aus nichtmetallischen oder teilweise metallischen Bestandteilen konglomerierten Festkörpern und zur Zerkleinerung homogener nichtmetallischer Festkörper durch schnelle Entladung eines elektrischen Energiespeichers, wobei die Festkörper oder Festkörperfragmente hierzu in die elektrisch nicht- oder nurmehr schwachleitende, in einem Gefäß gefaßte Prozeßflüs¬ sigkeit eingetaucht sind, in die ein System aus Hochspan¬ nungelektroden und geerdeten Elektroden in vorgegebenem Ab¬ stand ihrer Enden zueinander in das Gemisch aus Prozeßflüs¬ sigkeit und Festkörper hineinragen,1. Process for comminuting and crushing solid bodies conglomerated from non-metallic or partially metallic constituents and for comminuting homogeneous non-metallic solid bodies by rapid discharge of an electrical energy store, the solid bodies or solid body fragments for this purpose in the electrically non-conductive or only weakly conductive process fluid contained in a vessel are immersed, into which a system of high-voltage electrodes and grounded electrodes protrude at a predetermined distance from their ends to one another into the mixture of process liquid and solid,
bestehend aus den folgenden Schritten pro Energiespeicher¬ entladung,consisting of the following steps per energy storage discharge,
der Abstand 1 der Enden der Hochspannungselektrode und geerdeten Elektrode zueinander wird derart eingestellt, daß die Feldstärke zwischen den Elektrodenenden während des Impulses Werte zwischenthe distance 1 of the ends of the high-voltage electrode and the grounded electrode to one another is set such that the field strength between the electrode ends during the pulse values between
10 kV/mm < U/1 < 30 kV/mm erreicht,10 kV / mm <U / 1 <30 kV / mm reached,
die Dimensionierung des Entladekreises LC wird so gehal¬ ten, daß der Hochspannungsimpulsanstieg bis zur Durch- bruchspannungsamplitude in t <= 200 nsec erfolgt,the dimensioning of the discharge circuit LC is kept such that the high voltage pulse rises up to the breakdown voltage amplitude in t <= 200 nsec,
der durch die Spannung und die Kondensatorkapazität be¬ dingte Energieeintrag der Entladung bezogen auf den Ent¬ ladeweg 1 wird in den SchrankenThe energy input of the discharge related to the discharge path 1, which is caused by the voltage and the capacitor capacity, is in the barrier
12 J/mm < 1/2*CU2/1 < 40 J/mm gehalten, die Festkörper oder Festkörperfragmente werden durch in ihnen entlang der internen Entladewege ausgelöste Schockwellen explodiert,12 J / mm <1/2 Cu 2/1 <40 kept * J / mm, the solid bodies or solid body fragments are exploded by shock waves triggered in them along the internal discharge paths,
die Festkörper oder Festkörperfragmente werden entlang der zeitlich sich später entwickelnden Entladewege in der Prozeßflüssigkeit durch dadurch ausgelöste Schock¬ wellen zusätzlich zertrümmert (komprimiert) .the solid bodies or solid body fragments are additionally crushed (compressed) along the discharge paths in the process liquid that develop later in time by shock waves thereby triggered.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit Leitungswasser und/oder entmineralisiertes Wasser verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that tap water and / or demineralized water is used as the liquid.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit eine hochspannungsisolierende Flüssigkeit ver¬ wendet wird, deren Durchbruchspannungskurve durchweg höher verläuft als die der in ihr getauchten, zu prozessierenden Festkörper.3. The method according to claim 1, characterized in that the liquid used is a high-voltage insulating liquid whose breakdown voltage curve is always higher than that of the solid body immersed in it to be processed.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit ein Wasser-Glykol-Gemisch oder ein Wasser-Alko¬ hol-Gemisch oder ein Mehrkomponeneten-Gemisch daraus ist.4. The method according to claim 1, characterized in that the liquid is a water-glycol mixture or a water-Alko¬ hol mixture or a multicomponent mixture thereof.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität der Hochspannung materialspezifisch und nach Effektivität der Zertrümmerung positiv oder negativ einge¬ stellt wird.5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that the polarity of the high voltage material-specific and after effectiveness of the destruction is set positively or negatively.
6. Verwendung des Verfahrens nach den Anprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Freilegung von Einschlüssen wie Edelmetalle, Edel¬ stein oder Mineralien in Naturgestein, oder daß es zur Zerlegung von kristallin heterogen aufge¬ bauten Körpern in seine Bestandteile, oder daß es zur Auf- trennung von Metall-Keramik-Verbundstoffen verwendet wird. 6. Use of the method according to claims 2 to 5, characterized in that it is used to expose inclusions such as precious metals, precious stone or minerals in natural rock, or that it is used for the decomposition of crystalline heterogeneous bodies into its components, or that it is used for the separation of metal-ceramic composites.
7. Verwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Auftrennung von Metall-Kunststoffverbindungen oder zur Auftrennung von Kunststoff-Keramik-Verbindungen oder zur Auftrennung eines Verbundes aus Metall, Keramik und Kunst¬ stoff verwendet wird. 7. Use of the method according to claims 2 to 5, characterized in that it is used for the separation of metal-plastic compounds or for the separation of plastic-ceramic compounds or for the separation of a composite of metal, ceramic and plastic.
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