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Verfahren zur Aufbereitung von heterodispersen Stoffen Gegenstand
des neuen Verfahrens sind fein verwachsene Kohlen, Erze oder Erden, Gesteine oder
Aschen, die mit physika-Iisch-chemischen Mitteln einer Aufbereitung unterworfen
werden. Alle diese Stoffe, mögen sie natürlicher Herkunft sein oder einem
technischenAufbereitungsprozeßentstammen, werden als heterodisperse Stoffe bezeichnet.
Sie können von Hause a-us sowohl kompakte, also feste Stoffe, sein, oder eine bildsame
breiige oder schlammige Zustandsform haben. Die Anwendung des neuen Verfahrens auf
diese unbestimmt zahlreichen Ausgangs#stoffe ist nur an eine Bedingung geknüpft,
nämlich daran, daß die ineinander dispergi#erten Bestandteile eine merklich verschiedene
Wichte haben.
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Diese Vorbedingung ist bei technisch beachtlichen heterodispersen
Stoffen fast immer erfüllt. Schon der T-Tinstand, daß die fein verwachsenen Ciefügebestandteile
außerdem auch noch eine unterschiedliehe Korngestalt haben, kommt dem Ablauf des
Verfahrens häufig wirtschaftlich günstig zustatten. Unter Aschen werden nach der
Erfin#dung nicht nur die Abgänge aus Feuerungen, z. B Kohlenstaubfeuerungen, verstanden,
sondern auch im weiteren Sinne Rösterzeugnisse aller Art aus hüttenmännischen Aufbereitungsgängen.
Ein beel
sonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß gleichzeitig
sehr reine, in vielen Fällen kristallographisch reine Erzeugnisse erhalten werden
und auch sehr feinteilige Produkte, die sich sehr bequem und vielseitig weiter verarbeiten
lassen.
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Die Erfindung besteht darin, daß die heterodispersen --,#usgangsstoffe
zu Feinststäuben aufgeschlossen werden, deren Kornkennlinie höchstens bis zum oberen
Aufschlußpuiikt reicht. Dem Aufschluß dient vorzugsweiseeine Aufinaihlung; wenn
jedoch aus einem anderen Grunde bereits aufgeschlosseneFeinststäube imGemenge mit
gröberen vorliegen, kann auch eine Trennung, also Sichtung oder Schlämmung mit anschließender
Trooknung der feinsten Anteile zur Bereitstellung der Ausgangsprodukte für das neue
Verfahren genügen. Diese Feinststäube werden unter Anwendung von XLetzmitteln in
Flüssigkeiten angepaßter Schwere gleichmäßig aufgeschlämmt und anschließend durch
Trennschleudern, in ihre schweren und leichten sowie gegehenenfalls mittelschweren
Reinschlammaliteile zerlegt. Die reinen Anteile werden dann naß oder trocken weiter
verarbeitet. Besonders vorteilhaft ist es in manchen Fällen, bei erzhaltigen Stoffen
einen oder mehrere reine Feinschlämme, die sich durch starke Magnetfetder beeinflussen
lassen, in an sich bekannter Wtise hierdurch zu gewinnen. Falls sich alle Bestandteile
durch Einwirkung von.Nilagnetfeldern gewinnen lassen, kann man sogar auf Trennschleudern
verzichten. Es wurde erkannt, daß nicht nur Kohle, z. B. Ruhrsteinkohle, sondern
auch eine ganze Anzahl Gesteine und Erden und auch Aschen nur bis zu einem solchen
Grad verwachsen sind, daß ihre het,eirodisperse Natur durch eine großtechnisch mögliche
Vermahlung behoben werden kann. Hierdurch werden die Mahlprodukte in Feinststäube
übergeführt, die nur noch eine- lockere, aber innige Mischung der Bestandteile sind.
Derjenige Vermahlungszustand, in welchem diese Trennung der _Bestandteile voneinander
erreicht ist, wird bekanntlich als oberer Aufschlußpunukt bezeichnet-, denn es ist
die Mindestgrenze dessen, was,die Verinahlung leisten muß, um eine reinIfiche Trennung
der Bestandteile zu ermöglichen. Ist diese Kornkennlinie erreicht, so sind die Bestandteile
für den nächsten Verfahrensschritt vorbereitet. Nunmehr werden die Feinststäube
unter Anwendung von Netzmitteln in Flüssigkeiten angepaßter Schwere gleichmäßig
auf-geschlämmt. Ein fast allgemein verwendbaresNetzmittel istButylglykol inwäßriger
Lösung, daneben Ät.h#viglykol. Die Besonderheit dieser und überraschenderweise ajuch
vieler anderer Netzmittel besteht darin, alle Bestandteile des heterodispersen Gemisches
gleichmäßig zu benetzen und zu erreichen, daß gerade bei der Feinheit der Stäube
am oberen Aufschlußpunkt sich nunmehr diese Feinststäube in Flüssigkeiten angepaßter
Schwere gleichmäßig aufschlämmen lassen, in welchen sie sonst bei gröberer Besch-affenheit
schon wegen ihrer. Ivophoben Natur zu unbrauchbaren Klumpen geballt von reinen Zufälligdkeiten
abhän-i,- schweben oder absinken würdeii. Statt Z> Z,
dessen entsteht nach
der Erfindung eine gleichmäßige physikalisch definierte Aufs,ohlämmun-. Die Netzmittel
erhöhen die Beweglichkeit der Feststoffteilchen gegenüber der Schwereflüssig-keit
beträchtlich. Als Sch-%vtreflüssiglceiten dienen echte Lösungen, wie Salzlaugen
(Solen), dagegen keine Mittel, die ihrerseits bereits Feinstschlämme sind" wie-
Schwerspatsuspensionen. Die gleichmäßige Aufschlämmung und ihre Eigenschaften sind
wiederum die Voraussetzung für den weiteren Verfa,brensschritt, daß nunmehr anschließend
durch Trennschleudern und/oder starke Magnetfelder die Disversion in ihre schweren
und leichten sowie in ihre mittelschweren reinen Schlammanteile zerlegt werden kann.
Nach der Erfindung werden also nicht Trockenschleudern benutzt, die den flüssigen
Anteil der Aufschlämmung vom Fest-stoff absondern, vielmehr auf Wichteunterschiede
und in geringerem Maße auf Gestaltunterschiede der Teilchen ansprechen.
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In den meisten Fällen wird sich an die Schweretrennungeine Wasöhung
anschließen. Dabei ist es erfahrungsgemäß möglich, einerseits das Schweremittel,
andererseits das oder die 'Netzmittel wieder zu gewinnen. Der besondere Vorteil
der Anwendung von Magnetfeldern in Weiterentwicklung des Verfahrens besteht darin,
daß die reinen Feinschlämme in ausgezeichnet definierter WL-ise solchen Feldern
zugeführt werden können, ohne die Magnete zu verschmutzen. Es hat sich gezeigt,
daß die Magnete unter der Voraussetzung, daß wirklich reine Schlämme vorliegen,
bei wesentlich geringeren Kornfeinheiten noch ansprechen, als dies bisher bei verunreinigten
Schlämmen der Fall ist.
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In der Aufbereitungstechnik, z. B. bei der Schweretrennung, ist bekannt,
daß lyophobe Oberflächen durch Anwendung von Benetzungsmittehi lyophil gemacht werden
können, so daß, nachdem die benetzten Stoffe (Metalle, Steine, Erden, Kohlen) nunmehr
nicht mehr von der erniedrigten Oberflächenspannung getragen werden können, sie
ihrer Wichte entsprechend entweder in den Bodensatz oder in den Rahm wandern bzw.
bei mit der Lösung übereinstimmender Wichte in der Trübe schwimmen können. Anders
bei der Flotation, bei der an sich schwerere Körper selektiv benetzbur gemacht und
durch Netzmittel, Sammler, Schäumer u. dgl. im Oberflächenrahm angereichert werden
können. Hierbei ist noch zu betonen, daß Feinststäube, wie sie im Mittelpunkt dieser
Verfahren stehen, von der gesamten Aufbereitungstechnik aus technischen und mit
Ader Feinheit zusammenhängenden Gründen bisher peinlich gemied#en worden sind.
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Bei diesem Stand der Erkenntnis und der Technik war es vollkommen
überraschend, daß es durch Anwendung von Netimitteln, wie Butylglykol, Äthylglykol,
möglich wurde, solcher Feinststäube, die aus Teilchen ganz verschiedener Wichtestufen
aufgebaut sind, in einer Salzsohle beliebiger Wichte vollkommen homogen und stabil
ohne jedwede Rahm- oder Bodensatzhildung zu dispergi-eren. Schließlich und nicht
zuletzt ergab sich auch noch
der # orteilliafte Umstand, daß die
Teilchen der Schwereschleuderung vielfach aus ihrer Solvathülle heraussohlüpfen,
wenn sie ihrer nicht mehr bedürfen, wodurch sich das Netzmittel in der Schwereflüssigkeit
anreichert und mehrfach verwendet werden kann. Es stellte sich ferner 'heraus, daß
auch weitere bi311er lediglich als Netzmittel bekannte -, wesentlich billigere Stoffe
als Butylglykol, wie z. B. Methanol, Tannin und andere, ,ebenfa'As solche Dispersi-onen
ermöglichen. Die Netzi-nittel können zur Erreichuno 7 # besonderer #\`irkungen
zu zweit oder mehreren verwendet werden.
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Schwerflüssigkeiten der Wichten i bis etwa 3,5
stehen bekanntlicli,
der Technik in feinen Wichteabstufungen bis mindestens zur 2. Dezimale zur Verfügung.
Nach der Erfindung genügen jedoch im allgemeinen die Wichtestufen zwischen
1,30
und 2,30. Im einzelnen praktischen Anwendungsfall kommt es fast
immer auf die Trennung benachbarter Wichtestufen an, z. B. von 1,31 gegen 1,35-Man
wird also für eine Aufbereitung meist mit einer einzigen Wichteflüssigkeit in verschiedenen
Verdfilinungen auskommen. Soweit es sich um besonders gchwere Anteile handelt, haben
wir es Meist mit Erzen zu tun, die summarisch als schwerste Fraktion ab eschieden
werden und ihrerseits in bekannter Weise der Trennung durch Magnetfelder usw. zugänglich
sind, wofür die Vorstufen des Verfahrens eine bsonders günstige Vorbereitung bilden.
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In der Finullgiertechnik sind zwar Dispersions-Mittel, die unter Umständen
auch zugleich Benetzungsmittel sind, zur Genüge bekannt. Bei den z# zu suspendierenden
Stoffen handelt es sich jedoch Meist um einheitliche Stoffe bestimmter Wichte und
größtmöglicher Feinheit, die in irgendwelchen Lösungen, aber bestimmt nicht in Schwerelösungen,
wie Chlorcalciumsole, dispergiert bzw. eintilgiert werden.
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Für die Aufbereitungstechnik dagegen, die sich bisher mit Feinststäuben,
deren Teilchen bis zum oberen Aufschlußpunkt zerkleinert sind, überhaupt nicht befaßt
hat, ist die Erkenntnis, daß sich solche Kohlenfeinststäube in Schwerelösungen,
z. B. Chlorcaleiumsole, vollkommen gleichmäßig ohne Rafini- und Bodensatzbildung
dispergieren lassen. absolut neu.
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Zum anderen wurde erstmalig festgestellt, daß bei der Feinheit #de#r
Stäube am oberen Aufschlußpunkt die durch Netzmittel solvatisierten Teilchen in
Schwerelösungen nicht mehr der Schwerkraft bzw. dem Auftrieb unterliegen, sondern
stabil dispergiert werden können, dagegen bei Anwendung starker Beschleunigungskräfte
so weitgehende Entsolvatisierung erfolgt, daß sich die Dispersionen in Schwimm-
und Sinkanteile brechen lassen.
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Der vonderLehre derErfindung vorgeschrieben-, obere Aufschlußpunkt
ist großtechnisch gerade noch zugänglich. Er liegt gerade in dem Gebiet, in z# e>
dem sich haltbare Dispersionen herstellen lassen und ferner in eben dem Gebiet,
für das sich die Treimsehleudern bewährt haben (Größenordnung der. Stärl<ei#:ör'ner").
Auierdem lassen sich bei diesen Teilchengröß,en die Dispersionen gerade noch durch
Magnetfelder brechen.
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Die Erfindung macht ferner von der neuen wissenschaftlichen Erkenntnis
Gebrauch, daß die Haftfestigkeit von Solvathüllen an feinen Stäuben in derselben
Größenordnung liegt wie die zur Abscheidun- dieser Stäube in einem flüssigen Schwerefeldz'
notwendigen Kräfte, derart, daß die Reibung der Teilchen während ihrer Bewegung
,durch das Schwerefeld die Solvathüllen verschleißt. An den Trennstellen langen
Staubteilchen mit einem sehr geringen Gehalt an Dispersionsmittel an und einem entsprechend
größeren Bestreben, durch die wieder freigelegten natürlichen Oberflächenkräfte
aneinander zu haften. Die abgeschorenen Sollvathüllen erhöhen ihrerseits beträchtlich
die Fluidität des S,chwerefel,des, weil sie seiner Flüssigkeit überaus innig und
gleichförmig beigemischt sind, kurz eine Emulsion mit der ScIliwereflüssigkeit bilden.
Neu in diese eingespeister Staub ohne Vorbehandlung umgibt sich schnell mit einer
solchen. DieseErscheiming nennen wir eine umkehrbare Solvatation.
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Die hauptsächliche Erkenntnis der Erfindung ist mineralogischer und
physikalisch-cheinisch-er Natur. Sie besteht nämlich darin, daß fast alle mineralischen
Stoffe natürlich und tatsächlich verwachsen sind, jedoch die Verwachsungsgrenze
in einem fast immer durchaus zugänglichen mikroskopischen Gebiet liegt, vielfach
zwischen 5 und #25 Mikron. Durch das Verfahrgn nach der Erfindung ist es
daher möglich, einerseits Rein- und Reinstgüter, andererseits Verunreinigungen,
Gangarten Usw. zu aewinnen. Dies Ergebnis wiederum beruht darauf, daß die Schweretrennung
völlig unabhängig von der Korngröße ist, und ebenso sprechen die nach der Erfindung
benutzten Netzmittel bei Feinstteilchen nicht nur ebenso gut, sondern sogar besser
an als bei gröberen, besonders dann, wenn sie im Entstehungszustand der feinen Teilchen,
-nämlich während der Vermahlung, bereits anwesend sind. Nach dem neuen Verfahren
können Stoffe gewonnen werden, die der Technik bisher noch ri.icht bekannt waren.
Nur einige der -neuen Produkte seien erwähnt.
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v#Tirklich reine Gesteine und Erden eines bestimmten Kristallbaus
sind nur nach voraufgehendem Aufschluß der natürlich oder durch technische Arbeitsgänge
vorgegebenen rnikroheterodispersen Ausganggsgemische . erreichbar. Selbst
Mineralien, wie Dolomit, Selliwefelkies und viele andere sind häufig Gemische im
Sinne der Erfindung angesichts der unvollkommenen -Mischbarkeit mit ihren nahen
Verwandten. Daher ist ihre Aufbereitung, also Reinigung, durch Arbeitsweisen der
physikalischen Chemie immer an eine sehr weitge-iiende Zerkleinerung gebunden. Diese
bietet zusätzlich# technische Vorteile.
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Die Dissoziationstemperatur von Kalkspat wird durch Trennung von beigemengter
Tonerde oder vonKaolin UM 21010' heraufgesetzt; durchTrennung i von Sand
immerhin noch um 5o'. Pyrit und
Markasit, die häu-fig weitgehend
miteinander verwachsen vurkommen, haben sowohl physikalisch als auch chemisch so
verschiedene Eigenschaften, daß ihre Behandlung durch vorherige Trennung vereinfacht
wird. Rutil, dessen Kristalle auch in Gestellteilen von Ilochöfen beobachtet worden
sind, hat als reines Mineral die höchste bi&her in der Natur beobachtete Dielektrizitätskönstante,
nämlich von 89 senkrecht und 173 parallel zur Achse. Bei Rutilpulver wird
dieser Wert konstant mit mo. Gleichzeitig besteht ein sehr hohes Reflexionsvermögen
für gewisse Wellenlängen der Ultrarotteilchen. Unterhalb von 2 #Mikron Dicke zeigt
Rutil schon das Rot erster Ordnung.