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Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur feinen Zerkleinerung
von Festteilchen von spröden Materialien, insbesondere von Festteilchen von
spröden Mineralstoffen.
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Unter spröden Materialien versteht man, diejenigen Materialien, die sich unter der
Wirkung von mechanischen Kräften in kleinere Bruchstücke zerbrechen, selbst wenn
eine elastische Verformung dem Bruch vorangeht. Diejenigen Kunststoffe, die sich im
wesentlichen ohne Bruch verformen, sind also aus diesem Begriff ausgeschlossen.
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Man hat bereits vorgeschlagen, grössere oder kleinere Festteilchen von spröden
Feststoffen unter Verwendung von verschiedenen Geräten fein zu zerkleinern
(mahlen), insbesondere von Zerkleinerern mit langsamen Zusammendrücken, wie
Walzenmühlen, wie zum Beispiel in den Patenten FR- 2 610 540, 2 628 412 und
2 634 402 beschrieben oder auch von Kollergängen oder von gewissen
Kugelmühlen, die ebenfalls eine Bildung von Agglomeraten verursachen.
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Die Zerkleinerung von Füllstoffteilchen in diesen Geräten wird tatsächlich von einem
Agglomerieren der als Aggregate oder Agglomerate erhaltenen feinen Teilchen
begleitet, welche dann erforderlicher Weise durch ein späteres mechanisches
Dargebot, dessen Stärkegrad gewöhnlicherweise weniger gross als der bei der
Zerkleinerung/Agglomerierung angewandte ist, aufgespaltet werden müssen. Dafür
kann man eine Kugelmühle eine Streuteller-Windsichter-Gruppe oder einen
Sortierabscheider verwenden. Man kann auch ein Gerät, dass nur eine
desintegrierende Wirkung hat, verwenden (EP- 84 383 und FR-2 616 359).
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Aus diesen beiden letzteren Dokumenten ist es ebenfalls bekannt, einen Teil der aus
dem Zerkleinerer austretenden Erzeugnisse zu diesem selben Zerkleinerer
zurückzuführen, entweder so wie sie sind oder nach einer einfachen mechanischen
oder aeraulischen Siebung (man führt dann nur die von dem Sieb nicht
durchgelassenen Teilchen oder Agglomerate zurück), oder schliesslich nach
Desintegrierung und Siebung (man führt dann nur die unzerbrochenen oder
ungenügend zerbrochenen Festteilchen zurück und keine Agglomerate, da
dieselben desintegriert worden sind).
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Zum Zweck einer Vereinfachung des Verfahrens und der Anlage hat einer der
Erfinder ebenfalls eine einer hochleistungsfähigen Desagglomerierungsvorrichtung
zur feinen Zerkleinerung zugeordnete Walzenmühle aufweisende Anlage
beschrieben und verwendet, wobei die besagte Desagglomerierungsvorrichtung
vorzugsweise in den die Sortierung des aus der Zerkleinerungsanlage austretenden
Fertigerzeugnisses gesstattenden Abscheider eingegliedert ist (M. PALIARD-F.
COCHET-Zement Kalk Gips-2-1990, Seiten 71 bis 76).
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In der somit beschriebenen Anlage ist die Desagglomerierungsvorrichtung als sehr
hochleistungsfähige (Desagglomerierungsgrad von 80 bis 85%) gewählt, um bei
jedem Durchlauf soviel wie möglich Fertigprodukt zu gewinnen. Der Betrieb der
Anlage hat gezeigt, dass dies zu einem beteudenden Energieverbrauch für die
Desagglomerierung allein und zu Schwierigkeiten, um die feinsten Zemente zu
erzeugen, führt.
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Aus dem Dokument EP-A-220 681 ist ferner eine Anlage zur feinen zweistufigen
Zerkleinerung von Festteilchen von spröden Materialien, insbesondere
Mineralstoffen, in welcher dieses Material in einem Hochdruck-Brechwalzwerk nach
dem Grundsatz der Gutbettzerkleinerung (gemäss welchem, die einzelnen
Mahlgutteilchen in einem Gutbett, d.h. in einem zwischen zwei Flächen
zusammengedrückten Materialmassengut gegenseitig zerquetscht werden)
zerkleinert wird unter Bildung von Agglomeraten, die so dann insbesondere in einer
Kugel-oder Schlaghammer-oder Schneckenmühle desagglomeriert werden, deren
austretendes Erzeugnis zur einem ins besondere pneumatischen Abscheider
(Sortierer) gebracht wird, der das Material in einen (die gewünschte Feinheit
aufweisenden) Fertigerzeugnisbruchteil und in einen gröberen Erzeugnisbruchteil
der zu dem Walzen brecher rückgeführt wird, trennt.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine nutzlose Energieverschwendung zur
Desagglomerierung der während der Zerkleinerung mit der Presse gebildeten
widerstandsfähigsten Agglomerate zu vermeiden, bei welchen man beobachtet
hat, dass sie sehr wirtschaftlich durch eine neue Anwendung der Zerkleinerungskraft
durch Scherung-Zusammendrücken in der Walzenpresse desintegriert werden
können.
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Somit betrifft die Erfindung, ein Verfahren, dass es gestattet, den
Gesamtenergieverbrauch und die Abnutzung der Ausrüstungen in einer
hauptsächlich eine Walzenpresse, einen Desagglomerator und einen
Teilchenabschreider, vorzugsweise einen pneumatischen Abscheider aufweisenden
Zerkleinerungsanlage herabzusetzen.
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Die gesuchte Wirkung wird durch Aufrechterhaltung des (für den Siebdurchlauf bei
d50 gemessenen) Gesamtaufschliessungsgrades des in dem Kreislauf angeordneten
Desagglomerator zwischen 10 und 60% und vorzugsweise zwischen 20 und 50%
erzielt. Was zur Wirkung hat, einen Teil der Aufschliessungsarbeit auf die
Hauptzerkleinerungsausrüstung und zwar die Walzenpresse zu übertragen, wo diese
Aufschliessung für einen vernachlässigbaren zusätzlichen Energie-und
Abnützungsaufwand durchgeführt wird.
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Somit liegt der Erfindung die überraschende Beobachtung zugrunde, gemäss
welcher einer Auswahlaufschliessung es gestattet, einerseits die Druckkräfte des
Walzenbrechers und andererseits die Aufwallkräfte des Desagglomerierers
wirtschaftlicher zu verwenden.
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Das Verfahren nach der Erfindung umfasst diejenigen Schritte, die darin bestehen,
einen spröden Rohstoff einer Zerkleinerung in Ausgangselementarkörner in einem
Zerkleinerungsbereich mit langsamen Zusammendrücken insbesondere in einem
Brechwalzwerk unter Bedingungen der Bildung von Aggregaten aus kleineren
Elementarkörnern als die Elementarkörner des Ausgangsrohstoffes zu unterwerfen,
wobei auf die besagte Zerkleinerung eine kontrollierte Aufschliessung der besagten
Aggregate in einem Aufschliessungsbereich und die Trennung zwischen genügend
feinen (d.h. die Feinheit des Fertigerzeugnisses aufweisenden) Teilchen, die aus dem
Verfahren herausgenommen werden und ungenügend feinen (d.h. die Feinheit des
Fertigerzeugnisses nicht aufweisenden) Teilchen, die zu dem Zerkleinerungsbereich
zurückgeführt werden, folgen, dadurch gekennzeichnef; dass der
Aufschliessungsgrad (Ertrag) zwischen 10 und 60% und vorzugsweise zwischen 20 und
50% in dem Aufchliessunasbereich gehalten wird, wobei der Aufschliessungsgrad
(Ertrag) durch das Gewichtsverhältnis zwischen der Menge von durch das
Aufschliessen freigesetzten Durchläufen und der Höchstmenge von freisetzbaren
Durchläufen, gemessen bei einer bestimmten Körnergrösse und vorzugsweise bei der
Maschengrösse d50 des Fertigerzeugnisses definiert wird.
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Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird man sich mit Nutzen auf die drei
beigefügten Figuren beziehen.
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Die Figur 1 stellt einen bekannten Zerkleinerungskreislouf im geschlossenen Kreislauf
dar, wo der Rohstoff der Leitung 1 in den Zerkleinerer 2 ankommt und dann in den
Abscheider 3 eintritt.Nach Sortierung tritt das Fertigerzeugnis bei 4 aus und
diejenigen grössten Teilchen, die durch die Leitung 5 austreten, werden zum
Zerkleinerer bei 6 zurückgeführt.Dieser Zerkleinerungskreislauf wird vorzugsweise dann
verwendet, wenn das Material im Laufe der Zerkleinerung sich nicht agglomeriert
oder sich nur schwach agglomeriert.
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Die Figur 2 stellt eine andere bekannte Ausführungsform des Zerkleinerungssystems
dar, dass in dem Fall, wo das Material eine Agglomerierung im Laufe des
Zerkleinerungsvorganges erfährt, verwendet wird. In diesem Fall erfährt der in dem
Apparat 2 zerkleinerte und agglomerierte Rohstoff eine Desintegrierung in dem
Apparat 7, um die gebildeten Agglomerate zu zerstören. Das Material wird dann in
einem Abscheider 3 sortiert, um daraus das Fertigerzeugnis zu gewinnen und nur die
grössten Elementarteilchen werden zu dem Zerkleinerer bei 6 zurückgeführt. Bei den
bekannten Anlagen dieser Gattung, um eine vollständigere Desintegrierung des
Materials durchzuführen, verwendet man im allgemeinen als Desintegrator Nr.7,
einen Apparat der Schlagbrechwerk-, Vibrationsmühlen-oder Kugelmühlenbauart.
Man führt somit eine, oft von einer zusätzlichen Zerkleinerung des Materials
begleitete Desintegrierung durch.
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Es ist klar, dass die Vorrichtung der Figur 2 zum Einsatz der Erfindung verwendet
werden kann. In diesem Fall beschränkt man den Desagglomerierungsgrad in dem
Desagglomerator 7, um ihm einen oben bestimmten Wert zu geben.
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Die Figur 3 stellt eine erfindungsgemässe bevorzugte Sonderausführungsform dar.
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Der aus 1 kommende Rohstoff 1 wird durch die richtungsabhängige Klappe 12 zu
der Speisung des Zerkleinerers 1 durch 11 hin und zum Gerät Nr.8 durch 13 hin
verteilt.
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Das in dem Zerkleinerer 2 zerkleinerte und agglomerierte Material wird in 2
Strömungen durch die richtungsabhängige Klappe 14 geteilt, wobei ein Teil dieses
Materials durch die Leitung 16 zu dem Zerkleinerer 1 unmittelbar zurückgeführt wird,
ohne irgendeine Behandlung erfahren zu haben, während der andere Bruchteil des
Materials durch die Leitung 15 in das Gerät 8 geleitet wird.
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Das Gerät 8 ist ein Desagglomerator, der unter eine Teil-und
Auswahldesagglomerierung der in dem von der Leitung 15, kommenden Material
vorhandenen Aggregate gewährleistenden Bedingungen arbeitet.
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Das Gerät 9 ist ein Abscheider, zum Beispiel ein luftteschnischer (pneumatischer)
Sichter, der das aus dem Auswahldesagglomerator 8 kommende Material
empfängt. Dieser Desagglomerator ist vorzugsweise derart ausgelegt, um in den
Abscheider 9 eingegliedert werden zu können, um die Desagglomerierungs- und
Sortierungsfunktionen gleichzeitig durchzuführen.
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Das Fertigerzeugnis wird aus dem Abscheider 9 durch die Leitung 4 abgeführt,
während die durch die Leitung 5 abgeführten Rückstände des Abscheiders 9
zusammen mit dem aus der Leitung 16 kommenden Material zum Zerkleinerer 2,
zurückgeführt werden.
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Es ist klar, dass als Abwandlung, man die Leitung 13 und/oder die Leitung 16 und
auch nicht in diesem Fall die Strömungsteiler 12 und 14 nicht zu verwenden braucht.
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Um eine Teil- und Auswahldesagglomerierung der aus dem Zerkleinerer
austretenden Aggregate zu erzielen, unterwirft man die besagten Aggregate
kontrollierten mechanischen Kräften, vorzugsweise Schlag kräften. Diejenigen
Faktoren, auf welche man einwirken kann, sind zum Beispiel die Grösse der
Schlagkräfte, deren Anzahl, die Gestalt der diese Schlagkräfte ausübenden Flächen,
die Umdrehungsgeschwindigkeit in dem Fall von um eine Achse herum
umlaufenden Schlägern und die Verweilzeit.
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Die zur möglichst wirtschaftlichsten Durchführung einer Teildesagglomerierung des in
einer Walzenpresse zerkleinerten Erzeugnisses verwendete Ausrüstung kombiniert
Stösse vorzugsweise mit schwacher Aufprallgeschwindigkeit mit harten Flächen und
Scherbeanspruchungen in einer dichten Schicht von in der Luft oder in einem
anderen Inertgas " schwebenden " Materialien. Die mittlere Aufprallgeschwindigkeit
beträgt vorteilhaft 3 bis 100 mis, vorzugsweise 5 bis 30 mis.
Der Desagglomerator ist vorteilhaft ein Desagglomerator mit senkrechter Achse ; er
ist vorzugsweise in den Aufbau des pneumatischen Abscheiders eingegliedert und
zum Drehen auf derselben Welle, wie die Auswahlturbine des Abscheiders
angetrieben (EP- 80 104 199.7). Bei diesem Gerät sind die Aufprallblätter aus Metal,
Keramik oder einem anderen verschleissfesten Werkstoff an einem waagerechten
Ring verteilt, der mit einer derartigen Geschwindigkeit umläuft, dass die
Aufprallgeschwindigkeit im Mittelpunkt des Blattes (mittlere Aufprallgeschwindigkeit)
vorzugsweise zwischen 8 und 26 mis und in noch mehr bevorzugter Weise zwischen 8
und 16 mis liegt.
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Nachstehend wird man die bevorzugten Einsatzbedingungen beschreiben.
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Die Aufprallblätter laufen innerhalb eines mit einer Panzerung verkleideten Zylinders
um, deren Erhöhungen sich der Drehbewegung des durch die Blätter
mitgenommenen Materiales widersetzen. Die Grösse dieser Erhöhungen liegt
vorteilhaft zwischen 1% und 6% des Durchmessers dieseszylinders und vorzugsweise
zwischen 2% und 4% des Durchmessers.
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Die Scherkräfte üben sich im wesentlichen in der zwischen den Aufprallplatten und
der Panzerung des äusseren Zylinders gelegenen Scherbeanspruchungskammer aus.
Der Rauminhalt dieser Kammer liegt in sehr nützlicher Weise zwischen 0,0001 und
0,001 m3 je t/h des zu desagglomerierenden Erzeugnisses und vorzugsweise zwischen
0,00015 und 0,0006 m3 je t/h des zu desagglomerierenden Erzeugnisses.
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Die Aufprallfläche der Blätter ist nach oben und nach aussen in Bezug auf die
senkrechte Ebene, die denjenigen Radius der Scheibe aufweist, der durch den
Mittelpunkt der Platte führt, gerichtet. Der Winkel der Ausrichtung nach oben liegt
vorzugsweise zwischen 3 und 300, der Winkel der Ausrichtung nach aussen liegt
vorzugsweise zwischen 5 und 45º.
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Das Material wird über eine oder mehrere Schurren durch die Schwerkraft an der
Oberfläche des durch die Aufprallblätter beschriebenen Ringes zugeführt und fliesst
durch die Schwerkraft nach unten der Scherbeanspruchungskammer ab.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform liegt der Desogglomerator innerhalb des
pneumatischen Abscheiders und das Material fliesst unmittelbar von der
Scherbeanspruchungskammer auf der an der Oberfläche der Auswahlturbine des
pneumatischen Abscheiders gelegenen Verteilerplatter ab.
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Für ein besseres Verständnis der Erfindung gibt man hier nachstehend die Definition
der verwendeten Wörter an.
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- Elementarkörner: das sind Körner aus sprödem Material, die durch die Tatsache
gekennzeichnet sind, dass nach der Anwendung einer ausreichenden Kraft man
einen Bruch dieser Körner ohne bedeutende plastische Vorverformung beobachtet
(eine elastische Verformung kann jedoch beobachtet werden).
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- Aggregate oder Agglomerate : es handelt sich um eine Gesamtheit aus
miteinander agglomerierten Elementarkörnern, deren Zusammenhalt durch das
Anlegen einer kleineren Kraft, als für den Bruch der Elementarkörner erforderlichen
Kraft zerstört werden kann.
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- Rohmaterial : es handelt sich um das in das Zerkleinerungssystem zum ersten Mal
eingeführte Material.
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- Scheingranulometrie : es handelt sich um die Korngrössenbestimmung des
Materials, wie es dem Zerkleinerungsskreislauf entnommen worden ist. Dieses
Material kann aus Aggregaten und Elementarkörnern bestehen.
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- Elementargranulometrie : es handelt sich um die Korngrössenbestimmung des
Materials, das eine die vollständige Freigabe der Elementarkörner gestattende
Desagglomerierung erfahren hat.
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- Menge von Siebdurchläufen mit einer Abmessung (d) : es handelt sich um den (in
Prozenten der Gesamtmasse der Probe ausgedrückten) Anteil von Körnern, deren
mittlere Abmessung kleiner als (d) ist.
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- Desagglomerierungsgrad : dieser wird durch das Verhältnis zwischen der Menge
von durch den Desagglomerator freigegebenen Siebdurchläufen (bei einer
gegebenen Siebmaschenweite) und der Höchstmenge von freigebbaren
Siebdurchläufen (bei derselben Siebmaschenweite) definiert.
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Der Desagglomerierungsgrad bei einem Zerkleinerungskreislauf wird vorzugsweise für
die dem d50 des Fertigerzeugnisses entsprechende Siebmaschenweite (dies ist die
Maschenweite des theoretischen Siebes, welches 50% des Fertigerzeugnisses
durchsetzen würde) gemessen.
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Der Desagglomerierungsgrad bei einem gegebenen Erzeugnis wird an den
Siebdurchläufen bei d50 des Fertigerzeugnisses in der folgenden Weise gemessen:
Um eine vollständige Desagglomerierung des dem Desagglomerator zugeführten
Erzeugnisses ohne zusätzliche Zerkleinerung desselben zu erhalten, wird dieses
Erzeugnis (A) in einer nicht mit ihm reagierenden Flüssigkeit in Suspension gesetzt und
durch mechanisches Rühren und Anwendung von Ultraschall erforderlicherweise
solange dispergiert, bis die Korngrössenbestimmung sich nicht mehr ändert. Die
Flüssigkeit ist zum Beispiel ein Alkohol, wie Methanol, Ethanol oder Propanol, ein Äther
oder eine Kohlenwasserstoff, wie Benzol, Hexan oder dergleichen. Nach dieser
(vermutlich vollständigen) Desagglomerierung durch Laser-Granulometrie im
flüssigen Medium misst man die wahre Granulometrie (ohne Agglomerate) des
Erzeugnisses und insbesondere den Prozentsatz des das Sieb durchlaufenden
Erzeugnisses bei einer dem d50 des Fertigerzeugnisses entsprechenden
Schnittmaschenweite. Man misst ebenfalls durch Laser-Granulometrie im flüssigen
Medium, die Scheingranulometrie (minimales Rühren und ohne Anwendung von
Ultraschall) des Erzeugnisses, wie es dem Desagglomerator (A) zugeführt wird und
wie es aus dem letzteren (5) austritt und insbesondere den Prozentsatz des
durchlaufenden Erzeugnisses bei der dem d50 des Fertigerzeugnisses
entsprechenden Schnittmaschenweite.
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Die Maschenweite d50 des Fertigerzeugnisses wird an dem Fertigerzeugnis, das im
flüssigen Medium durch Rühren und Anwendung von Ultraschall solange
erforderlicherweise dispergiert wird, bis die Granulometrie sich nicht mehr ändert,
gemessen. Die Messung wird durch Laser-Granulometrie im flüssigen Medium
durchgeführt. Die Maschenweite d50 ist die Abmessung bei welcher 50% der
Teilchen grösser als diese Abmessung und 50% der Teilchen kleiner als diese
Abmessung sind.
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Der Desagglomerierungsgrad (t) bei einem gegebenen (bei dem d50 des
Fertigerzeugnisses gemessenen) Erzeugnis wird in der folgenden Weise definiert:
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Xt :Prozentsatz der Durchläufe bei d50(pf) nach vollständiger Desagglomerierung
des Erzeugnisses.
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Xa : Prozentsatz der zur Speisung des mechanischen Desagglomerators
gelangenden, bei d50 stattfindenden Durchläufen (pf).
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Xs : Prozentsatz der am Austritt des mechanischen Desagglomerators bei d50
stattfindenden Durchläufen (pf).
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t(%) = Xs - Xa/Xt - Xa x 100
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Beispielsweise hat man eine ein mit Zementklinker gespeistes Walzenbrechwerk,
einen Desagglomerator und einen pneumatischen Klassierer aufweisende Anlage in
Betrieb gesetzt. Man hat die Granulometrie vor und nach Durchgang in den
Desagglomerator gemäss des oben beschriebenen Verfahrens analysiert; man hat
die folgenden Ergebnisse erzielt:
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d50 (pf) = 16.10&supmin;³ mm
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Xt = 9,4%
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Xa = 6,9%
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Xs = 7,7%
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woraus folgt:
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t(%) = 100 x 7,7 - 6,9/9,4 - 6,9
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t(%) = 32%
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Die durch das Verfahren erzielten Vorteile sind insbesondere die Folgenden :
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Bei einer selben Erzeugnismenge gestattet das erfindungsgemässe
Zerkleinerungsverfahren, die Desagglomerierungsenergie um mehr als 50%
herabzusetzen, ohne Zunahme der Zerkleinerungsenergie in Bezug auf den früheren
Stand der Technik, also eine Ersparnis von 0,2 bis 0,6 kwh/t des Fertigerzeugnisses.
Dies entspricht einer Ersparnis von 1 bis 3% an der Zerkleinerungsenergie.
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Ausserdem bei der Zerkleinerung von insbesondere feinen Zementen (Blaine-Fläche
grösser als 3500 cm²/g) muss man eine sehr grosse Menge von feinen Teilchen, die
kleiner als 200 Mikromillimiter sind, der Presse zurückführen, wobei diese Teilchen,
indem sie die Luft in der Ladung auffangen, ein unstabiles Fliessen des Materials in
der Presse verursachen. Das erfindungsgemässe Zerkleinerungsverfahren indem es
gestattet, diese feinen Teilchen als Agglomerat zurückzuführen, gewährleistet die
Stabilität der Zufuhr der Ladung zu der Presse. Bei den grossen Feinheiten gestattet
das erfindungsgemässe Verfahren, die Drehgeschwindigkeit der Presse und
demzufolge ihre Mengendurchsatzleistung um 20 bis 100% zu erhöhen.
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Schliesslich im Bereich des Desagglomerators selber gestattet das
erfindungsgemässe Zerkleinerungsverfahren, denselben Antrieb (Motor,
Untersetzungsgetriebe, Welle) wie für den Desagglomerator und den
pneumatischen Ausleser zu verwenden, was eine Quelle von Ersparnissen an
Investition und Wartung ist und dies ohne Spitzensysteme (mehrfache Reihen von
Zerkleinerungsfingern zum Beispiel) mit teuren Verschleissteilen zu verwenden.
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Zusammenfassend umfasst die Anlage zum Einsatz des hier oben beschriebenen
Verfahrens wenigstens einen Zerkleinerer mit langsamen Zusammendrücken, Mittel,
um das aus dem Zerkleinerer mit langsamen Zusammendrücken austretende
Erzeugnis zu desagglomerieren und zu klassieren und Mittel, um die klassierten feinen
Teilchen einzusammeln und um die klassierten grossen Teilchen dem Zerkleinerer mit
langsamen Zusammendrücken zurückzuführen. Diese Anlage ist mit Mitteln
ausgerüstet, um wenigstens einen Bruchteil der Erzeugnisse bei der Zufuhr der Mittel
zum Desagglomerieren und wenigstens einen Bruchteil der aus dem
Desagglomerator austretenden Erzeugnisse zu entnehmen und zu analysieren,
wobei die Analysemittel angepasst sind, um den Desagglomerierungsgrad zwischen
dem Eintritt und dem Austritt der Desagglomerierungsmittel zu bestimmen.
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Vorzugsweise ist die Anlage derart, dass der Zerkleinerer ein Walzenbrechwerk ist und
die Mittel zum Desagglomerieren und Klassieren Mittel sind, um gleichzeitig die
Teilchen in Suspension in dem Gas zu setzen und die in dem Gas schwebenden
Teilchen Stössen zu unterwerfen und die verhältnismässig feinen Teilchen von den
sich aus diesen Stössen ergebenden verhältnismässig grossen Teilchen
abzuscheiden.