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Schaumschwimmaschine mit Rührwerk Die Erfindung bezieht sich auf eine
Flotationsmaschine mit einem oder mehreren Rührflügeln zur Erzeugung des Schaums.
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Eine Flotationsmaschine dieser Art wird mit Vorteil im Bergbau verwendet
und findet auch größere Nachfrage in der Zementindustrie, in welcher jedoch häufig
Probleme auftreten von einem äußerst schwierigen Charakter im Vergleich zu denen,
welche in der Aufbereitung von Mineralien überwunden werden müssen. Die Gründe sind,
daß die Zementrohstoffe oft von äußerst feiner Korngröße sind, z. B. go °/o der
Teilchen unter 5o Mikron, und im Gegensatz zu den meisten anderen Industrien große
Mengen von Konzentraten durch die Schaumwirkung aus der Maschine zu heben sind.
Diese Schwierigkeiten finden sich besonders in der Zementindustrie. Jedoch können
auch Rohstoffe ähnlicher Art in anderen Industrien vorkommen. Daher. ist die vorliegende
Erfindung nicht auf Verwendung in der Zementindustrie begrenzt, obwohl sie wegen
der oben angeführten Gründe hier besonders gut geeignet ist.
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Die vorliegende Erfindung fußt auf der Feststellung, daß bei der Flotation
gewisser Materialien, insbesondere Zementrohstoffe, verbesserte Resultate erzielt
werden, wenn ein ziemlich großes Verhältnis der Schaumoberfläche zum Trübevolumen
hergestellt wird. Dies gilt durchweg bei einer bedeutenden Anzahl von Korngrößen
für Maschinen im praktischen Betrieb. Das Verhältnis Oberfläche zu Volumen allein
ist indessen zur Erreichung des Erfindungsziels nicht
ausreichend.
In kleinen Laboratoriumsmaschinen ist nämlich auch eine große Oberfläche im Verhältnis
zum Volumen zu erzielen, da die Oberfläche bei derselben Form der Maschine im Quadrat
der Dimensionen, während das Volumen im Kubik variiert. So ist es möglich, durch
Wahl einer genügend kleinen Maschine ein sehr großes Verhältnis Oberfläche zu Volumen
zu erreichen. Eine solche Maschine ist aber weder für industriellen Betrieb geeignet,
noch gibt sie immer entsprechend gute Resultate bei feinen Materialien. Diesbezügliche
Erwägungen und Versuche führten zu der Entdeckung, daß der Wert einer Maschine,
besonders geeignet für die Behandlung von Gut einer außerordentlich kleinen Korngröße,
abhängig ist von einem Faktor oder einer Konstante für eine gegebene Maschinenbauart,
welche von der Größe der Maschine unabhängig ist. Diese Konstante ist gemäß der
Erfindung dadurch gegeben, daß man das Verhältnis Schaumoberfläche zu Trübevolumen
mit durchschnittlichen linearen Dimensionen der Oberfläche, d. h. der Quadratwurzel
der- Oberfläche multipliziert. Hierdurch erhält man eine Konstante, welche sich
nicht mit der Größe der Maschine ändert, solange die Verhältnisse gleichbleiben,
weil das Verhältnis Oberfläche zu Volumen umgekehrt proportional zu diesen Größen
selbst variiert und dieser Bruch noch mit einem von einer dieser Größen abhängigen
Faktor multipliziert wird, so daß der Dimensionsfaktor ausscheidet und das Resultat
eine Konstante wird. Diese Konstante ist die gleiche, unabhängig von der Einheit;
in welcher Länge, Oberfläche und Volumen gemessen werden, solange dieselbe Einheit
für alle drei verwendet wird. Die Konstante ist als eine Bewertungsziffer für die
Maschinenbauart von dem Standpunkt der Förderungen aus zu betrachten, die an die
vorliegende Erfindung besonders in bezug auf die Flotation von außerordentlich feinen
Stoffen gestellt werden.
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Unter dem Ausdruck Trübevolumen ist zu verstehen das Volumen der Trübe,
welche die Maschine mit inneren Teilen wie Rührvorrichtung, Welle usw. tatsächlich
umfassen kann, wenn ganz gefüllt ist. Das fragliche Volumen kann leicht durch Versuch
für eine gegebene Maschine festgestellt werden, Bei der Bemessung einer Maschine
ist zu beachten, daß die genannten inneren Teile einigen Raum in Anspruch nehmen,
was bei der Feststellung des inneren Volumens der Maschine zu berücksichtigen ist.
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Die folgende Tabelle gibt die Abmessungen und das Verhältnis Oberfläche
zu Volumen sowie die Konstante für zwei Größen der Flotationsmaschine gemäß der
Erfindung (Nr. 6 und 7) im Vergleich zu drei Standardtypen der sogenannten Fagergren-Maschine
(Nr. 3, 4 und 5) und zwei Standardmaschinen anderen Fabrikats (Nr. i. und 2).
Die verschiedenen Maschinen sind nach den ansteigenden Werten der Konstante in der
Tabelle geordnet. Beide neue Maschinen weisen Konstanten von über 3,5 auf, und im
allgemeinen werden gute Resultate erzielt mit Maschinen, bei welchen die Konstante
mindestens diese Größe hat.
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Bei einer gegebenen Schaumoberfläche wird das Verhältnis
mit fallender Tiefe D ' der Maschine steigen, aber in einer solchen Maschine mit
einer verhältnismäßig kleinen Tiefe D im Vergleich zu A ist eine gute Umrührung
der ganzen Trübe nicht sichergestellt.
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Gemäß der Erfindung ist die Schaumflotationsmaschine deshalb so zu
bemessen, daß außer der Erfüllung obiger Forderung auch das Verhältnis der Schaumoberflächenhöhe
bis zum Boden der Maschine, d. h. die Tiefe D; zu der an der Schaumoberfläche gemessenen
Entfernung vom äußeren Umkreis des Rührers bis zur Behälterwand L überall einen
bestimmten Mindestwert überschreiten wird, welcher durch Versuche auf etwa
0,3 bestimmt worden ist.
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In einer Flotationsmaschine kann das Verhältnis zwischen Oberfläche
und Volumen auf verschiedene Art und Weise gesteigert werden. Jede Maßnahme, mittels
der das Volumen auf Kosten der Oberfläche vermindert wird oder mittels der das Volumen
unter Beibehaltung der freien Oberfläche vermindert wird, ist erfindungsgemäß anwendbar,
sofern auch derzweiten Bedingung, d.h. dem Verhältnis
entsprochen wird. Es liegen also mancherlei Möglichkeiten vor, von denen die bevorzugte
im folgenden Absatz besprochen wird. Eine andere ist die, der Maschine eine ziemlich
flache Bauart, wie z. B. gemäß Fig. i und 2, zu geben.
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Vorzugsweise wird gemäß der Erfindung dieses Ziel durch eine schräge
Ausbildung der Behälterwand oder eines Teils davon erreicht, wobei die Bodenfläche
im Verhältnis zur Schaumoberfläche vermindert wird. Dadurch wird auch am besten
das erwünschte ruhige
Emporsteigen des Schaumes nach allen Teilen
der ausgedehnten Oberfläche erreicht, was besonders hier, w o ein geringes Volumen
im Verhältnis zur Oberfläche vorhanden ist, von größter Bedeutung ist. Es sei indessen
hervorgehoben, daß die Erfindung nicht auf Maschinen mit Behältern mit schrägen
Wänden beschränkt ist, auch fallen nicht alle Maschinen mit Behältern mit schrägen
Wänden in den Bereich der Erfindung.
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Als Rührwerk hat sich am besten ein solches bewährt, wobei die Rührer
aus einem Ständer und einem Läufer bestehen, welche aus senkrechten Käfigen gebildet
werden, wobei der Ständer ganz oder teilweise den Läufer umgibt. Diese besondere
Rührausbildung hat sich unter den geschaffenen Bedingungen als der beste Umrührer
erwiesen, weil er dabei mitwirkt, dem Schaum eine ruhige, wirbellose, fast reine
Radialbewegung zu vermitteln.
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In den meisten Flotationsmaschinen mit Rührflügeln zur Erzeugung des
Schaumes wird die zu behandelnde Trübe durch eine zentrale Öffnung im Boden der
Maschine eingeführt. Der Schaum wird durch gemeinsame Einwirkung der Flotationsmittel,
welche der Trübe zugesetzt worden sind, und der Rührvorrichtung, welche Luft in
die Trübe treibt, gebildet.
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Neben der mittleren Öffnung sind vorteilhaft eine oder -- mehrere
Wiederumwälzöffnungen vorgesehen, welche dicht an der Rührvorrichtung gelegen sind,
zu dem Zweck, durch eine Wiederumwälzung der Trübe teils die Leistungsfähigkeit
der Maschine und teils die Möglichkeiten einer Aufwärtsbewegung in der Trübe von
schwereren Teilen der richtigen Art zu erhöhen. Eine solche wiederholte Behandlung
der Trübe bewirkt, daß eine größere Menge der im Schaum erwünschten Teile dort ohne
Ansehung der Größe vorgefunden wird, und daß, was die schweren Teile betrifft, eine
größere Anzahl derjenigen, die man zu konzentrieren wünscht, auch im Schlamme vorgefunden
werden, weil sich die Aussicht, daß ein einzelner schwerer Teil in den Schaum gehoben
wird, durch die Anzahl der Durchgänge durch den Rührer, denen er unterworfen wird,
erhöht.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen noch weiter erläutert.
Es stellt dar Fig. i eine Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, längs der Linie I-I
der Fig. 2, von einem etwas vereinfachten Apparat gemäß der Erfindung, Fig. a einen
horizontalen Schnitt durch denselben Apparat längs der Linie II-II der Fig. i, Fig.
3 einen Grundriß einer Fagergrenschen Flotationszelle, geändert gemäß der Erfindung,
Fig.4 einen senkrechten Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3 und Fig. 5 eine
Seitenansicht derselben Zelle von links an in Fig. 4 gesehen, teilweise aufgerissen
längs der Linie V-V derselben Figur.
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Zweck der Fig. i und 2 ist in erster Linie, die theoretischen Erwägungen,
die der Erfindung zugrunde liegen, zu erläutern. i kennzeichnet den Behälter der
Flotationszelle, in deren Mitte eine Rührvorrichtung vorgesehen ist, bestehend aus
äußeren und inneren Teilen 2 bzw. 3, welche sich gegeneinander um eine gemeinsame
Achse drehen. Beide werden durch ein Zahnradgetriebe 4 von einem Elektromotor 5
angetrieben. Die Teile 2 bis 5 werden von zwei Profileisen 6 unterstützt. Der Spiegel
der Trübe im Behälter wird durch Hilfsmittel, die nicht in der Zeichnung dargestellt
sind, konstant gehalten, gerade unterhalb des oberen Behälterrandes, so daß der
durch die Rührvorrichtung erzeugte Schaum beim Arbeiten der Flotationszelle über
den Behälterrand fließt.
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Die Zelle ist ziemlich niedrig, nichtsdestoweniger genügt sie den
oben angeführten Forderungen und ist für ihren Zweck geeignet.
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Das Verhältnis und das Verhältnis
sind ungefähr 6 bzw. 0,4,
wie aus den unten aufgeführten Berechnungen und einem Blick auf die Fig. i und 2
ersichtlich, worin die diesbezüglichen Abmessungen der Maschine gegeben sind.
Die gezeigte Zelle hat senkrechte Wände. Wenn sie alle mit einer Neigung von 45°
angeordnet würden, wie in Fig. i mit punktierten Linien angedeutet, würden die Charakteristiken
die aus untenstehenden Berechnungen hervorgehenden Werte erreichen.
Bei der betreffenden Änderung würde der Wert des ersten Faktors von 6 auf 8,6 steigen,
während der zweite Faktor ungeändert bleiben würde.
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Zu den Fig. 3, 4 und 5 zurückkehrend, sei erst darauf hingewiesen,
daß man bei der Ausführung eines Flotationsprozesses gewöhnlich eine Anzahl von
Flotationsmaschinen in Reihenfolge anordnet. Es wird deshalb angenommen, daß die
in den Figuren mit besonderem Bezug auf Fig. 4 gezeigte Maschine eine der mittleren
Maschinen ist, und daß sie Trübe empfängt, welche in einer Maschine auf der linken
Seite vorher behandelt worden ist, und welche nach der Abgabe in einer weiteren
Maschine auf der rechten Seite weiterbehandelt werden soll.
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Die Maschine besteht aus einem Behälter, der sich aus Seitenwänden
7, Einlaufendwand 8, Auslaufendwand 9 und Boden io zusammensetzt. Der Boden io ist
mit einem falschen Boden 12 unter seinen mittleren
Teilen versehen,
verbunden durch einen schrägen Teil 13 mit der Wand 1q., die zu der vorhergehenden
Maschine gehört, wodurch eine Einlaufkammer gebildet ist. Die Auslaufendwand 9 ist
mit einer niedrigen Öffnung 15 versehen, welche zu einer Auslaufkammer, die zwischen
den Wänden 9 und 16 gebildet ist, führt. Die Befestigung der Wand 16 an der Wand
14 der Nachbarmaschine ist in Fig. q. durch punktierte Linien angedeutet. Die Wand
16 ist mit einem passenden Überlauf versehen.
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Der Boden io des Behälters ist in seiner Mitte mit einer Öffnung versehen,
an welcher der Ständer 17 einer Rührvorrichtung des Fagergrenschen Typs montiert
ist; welche hauptsächlich aus senkrechten, von Stäben gebildeten Käfigen besteht.
Ein ähnlicher Fagergrenscher Käfigläufer 18 ist in der Mitte des Ständers angebracht.
Die Welle des Läufers ist mit z9 bezeichnet und wird durch entsprechende Kraftübertragung
gedreht (nicht gezeigt). Ein zylindrischer Mantel 2o schließt sich eng am oberen
Teil des Ständers an und Schaum wird in gewöhnlicher Weise durch zwei drehbare Abstreicher
2i, die von einer beliebigen Kraftquelle (nicht gezeigt) angetrieben werden, entfernt.
Die Abgänge fließen durch die Öffnung 15. Der Stand der Trübe wird durch den Überlauf
der Wand 16 aufrechterhalten. Ein Teil der Trübe wird durch einen Kreis von Umwalzöffnungen
22, die dicht an dem Ständer gelegen sind; wieder zurückgeleitet. Die Anzahl und
Größe dieser Öffnungen bestimmt das Ausmaß der Umwälzung.
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Die oben beschriebene Flotationsmaschine ist, wie früher bemerkt,
eine Fagergrensche Maschine, die im Sinne der Erfindung geändert worden ist. Die
Änderungen bestehen hauptsächlich in einer Veränderung der ursprünglichen Form der
Seitenwände (angedeutet durch eine strichpunktierte Linie 23 in Fig. 5) in die neue
gerade Form (gekennzeichnet durch Ziffer 7 in Fig. 5), wodurch die Schaumoberfläche
der Trübe im Verhältnis zum Trübevolumen der Maschine vergrößert wird. Die guten
Resultate, die mit der geänderten Zelle erzielt werden und die unten beschrieben
werden, sind im wesentlichen lediglich der obenerwähnten einfachen Änderung der
Form der Seitenwände zuzuschreiben. Die Form der vorderen und hinteren Wände bleibt
dabei urigeändert, wie auch nur die Breite und nicht die Gesamtlänge einer Reihe
von Zellen vergrößert wird als eine Folge der Änderung der Zellen gemäß der Erfindung.
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Wohl gemerkt besteht die Änderung der Seitenwände nicht in einer beliebigen
Abschrägung, wie sie sich bei einigen bekannten Maschinen vorfindet, sondern die
Abschrägung muß auf Grund der der Erfindung zugrunde liegenden neu aufgefundenen
Gesetzmäßigkeit derart erfolgen, daß das Verhältnis der Schaumoberfläche zu dem
Trübevolumen, multipliziert mit der Quadratwurzel der Oberfläche, größer als 3,5
ist, und daß das Verhältnis der Schaumoberflächenhöhe bis zum Boden der Maschine
zu der an der Schaumoberfläche gemessenen Entfernung vom äußeren Umkreis des Rührers
bis zur Behälterwand größer als 0,3 ist.
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Die Daten der in den Fig. 3, q: und 5 gezeigten Zelle sind unter Nr.
7 der Tabelle I angegeben. Man wird sehen, daß die erste Konstante, die Wertziffer
für die Maschine, 4,92 beträgt, im Vergleich zu 2,766 für den gewöhnlichen Fagergrenschen
Maschinentyp. Die zweite Konstante
für die Maschine gemäß der Erfindung ist, wie ersichtlich,
d. h. reichlich über 0,3- Es ist möglich, daß die Länge von L nicht in jeder
Richtung dieselbe ist, von der Achse der Zelle gesehen. Um sicher zu sein, daß eine
gegebene Zelle der Forderung gemäß der Erfindung genügt, ist der am größten erscheinende
Wert für L in den Ausdruck für die Konstante einzusetzen.
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Die von der gemäß der Erfindung gebauten Maschine erzielte Leistungsfähigkeit
sei in dem nachfolgenden vergleichenden Beispiel gezeigt, gegeben für Maschinen
des Fagergrenschen Typs. Die erfindungsgemäß abgeänderte Maschine mit iV5 mm Seitenlänge
wird mit der entsprechenden rechteckigen Standardmaschine verglichen, welch letztere
der erste Maschinentyp war, der bei der Flotation von Zementgestein praktische Anwendung
fand. Zementgestein mit einem Gehalt von ungefähr 66;6 °/o Ca C03 wurde so fein
gemahlen, daß es durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,o44 mm ging, und die
folgenden Reagenzien wurden beigegeben: Ölsäure, 0,31: kg/t Aufgabegut; ein Schaummittel,
bestehend aus Mischlingen von höheren aliphatischen Alkoholen, 0,o22 kg/t Aufgabegut.
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Der Läufer und der Ständer waren gleicher Größe in beiden Maschinen.
Die Läufergeschwindigkeit würde auf 58o U/min gehalten. Die Trübe enthielt 2o Gewichtsprozent
trockenes Gut. Die Flotationszeit betrug 8 Minuten. Alle Bedingungen wurden für
die beiden Maschinen gleichgehalten.
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Wegen der Schwierigkeit, bei einem einzelnen Versuch absolut gleichmäßige
Resultate mit einem so außerordentlich feinen Aufgabegut zu erzielen, wurde eine
Reihe Versuche (Versuche i bis q.) mit dem neuen Maschinentyp und drei Versuche
mit der Standardmaschine von 1q.25 mm Seitenlänge ausgeführt. Die Resultate der
Versuche sind in der nachfolgenden Tabelle gezeigt.
| Ausbeute |
| Versuch Nr. nach |
| Ca C 03 Gewicht Ca C 03 |
| o- n' 0r |
| n u ;o |
| 5 Aufgabegut ....... 66,6 ioo,o 100,0 |
| Konzentrat ....... 843 72,5 88,6 |
| Abfall............ 27,8 27,5 11,1- |
| 6 Aufgabegut ....... 66,6 ioo,o 100,0 |
| Konzentrat ....... 8o,6 71,5 86,5 |
| Abfall............. 31,6 28,5 13.5 |
| 7 Aufgabegut ........ 66,6 ioo,o I ioo,o |
| Konzentrat ....... 83,8 69,6 87,5 |
| Abfall............ 27,4. 30,4. 12,5 |
Es ist ersichtlich, daß der Gehalt des in der neuen Maschine erzielten Konzentrats
aus CaCO3 durchschnittlich ein wenig über 85 °/o beträgt gegenüber ein wenig mehr
als 81
0/, bei der Standardmaschine. Diese Verbesserung des Konzentrats wurde
erzielt, ohne daß die Leistung zurückging, was dem normalen Verhältnis widerspricht,
da eine höhere Anreicherung gewöhnlich eine Verminderung der Leistung zur Folge
hat. Bei der Erfindung zeigen die neuen Maschinen ein Ausbringen an CaC03 von durchschnittlich
ein wenig über 9o °/o gegenüber einem durchschnittlichen Ausbringen von
870/, bei den alten Maschinen. Außerdem war die Schaumoberfläche bei den
Versuchen 5 bis 7 in viel kräftigerer Bewegung als bei den ersten vier Versuchen,
und es ist weiter ersichtlich, daß die letzten drei Versuche eine Anreicherung von
85()/, Calciumcarbonat bei einem Gehalt der Abgänge von weniger als 230/, CaCO3
nicht ergaben, was die Bedingungen waren, die für die Flotation dieses Nalkgesteins
gestellt wurden. Anders ausgedrückt ergab die Maschine gemäß der Erfindung nicht
nur eine bessere Anreicherung bei größerer Leistung als die Standard-Fagergrensche-Flotationsmaschine,
sondern sie erfüllte auch die äußerst strenge Forderung für die Flotation dieses
besonderen Typus Kalkstein, welcher mittels der bisher bekannten Maschinen nicht
wirtschaftlich aufbereitet werden konnte.
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Die erheblich verbesserten Ergebnisse, welche mit den Maschinen gemäß
der Erfindung erzielt werden können, und wodurch die Flotation eines in diesem Verfahren
auf andere Weise sonst nicht aufzubereitenden Kalksteins ermöglicht wird, führen
zu -keinen Erhöhungen des Kraftbedarfes. Vielmehr hat man in vielen Fällen gefunden,
daß der Kraftverbrauch vermindert worden ist. Dies kann für viele Zementfabriken,
die in Ländern gelegen sind, wo elektrische Kraft ein maßgeblicher Faktor ist, von
Bedeutung sein. Die Erfindung führt also zu verhältnismäßig großen Verbesserungen
der Konzentrate und des Ausbringens, und zwar bei verminderten Betriebsausgaben.
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Eine Flotationszelle mit schräger Form der Wandung ist aus der amerikanischen
Patentschrift 1963 122 bekannt, welche besonders zur Verwendung in Laboratorien
geeignet ist. Bei einer solchen Verwendung ist es von Bedeutung, die Maschine schnell
reinigen zu können, wenn ein Versuch durchgeführt und ein anderer anzufangen ist.
Falls Maschinen ohne schräge Wandung hierfür benutzt würden, würden an den Stellen,
welche bei der gezeigten Maschine hinter der schrägen Wandung liegen, nach und nach
im Laufe des Versuches sich Anhäufungen von zu Boden sinkenden festen Teilchen bilden,
weil an diesen fern liegenden Stellen die Strömungen in der Flüssigkeit nicht ausreichen,
um diese Teilchen hochzuheben. Dies soll von der schrägen Wandung verhindert werden.
Aus dem gleichen Grund geben verschiedene Konstrukteure von Schwimmaufbereitungsmaschinen
auch ihren allgemeinen Geräten schräge Wandungen. Gleichgültig aber, ob die Maschine
nun während des Betriebes eine aus Ansammlungen bestehende schräge Wandung erhält
oder von vornherein mit einer abgeschrägten Wandung ausgerüstet ist, vermögen diese
Umstände nicht, daß eine Maschine mit denjenigen Eigenschaften entsteht, welche
den Forderungen in bezug auf hohes Oberflächen-Volumen-Verhältnis entspricht. Um
dieses Ziel zu erreichen, müssen in klarer Erkenntnis der Zusammenhänge die Bedingungen
des Anspruchs bewußt erfüllt werden. Dies findet aber bei einer beliebigen Abschrägung
nicht statt.