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Kontinuierliches Horizontalschlämmverfahren und Anlage zu dessen Durchführung
Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches mehrstufiges Horizontalschlämmverfahren,
welches Rohgut bei hoher Trennschärfe (nach dem Kriterium der Kornendfallgeschwindigkeit
in Flüssigkeit) in zwei oder mehrere Fraktionen scheidet und die Erreichung einer
Trennschärfe anstrebt, welche an diejenigen der exaktesten Vertikalschlämmungen
heranreicht.
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Das Maß der Trennschärfe ist im folgenden die Kornstreuung x20/8,.
Dieser Kennwert x"/eo ist bei vollkommener Trennschärfe = i und wächst mit sinkender
Trennschärfe.
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Während nun mit gewissen Vertikalschlämmverfahren, z. B. gemäß österreichische
Patentschrift Nr. 165 36o, Kornstreuungen x2oiso bis herab zu 1,4 erzielbar sind,
bleiben diese Kennwerte bei den derzeit bekannten ein- oder mehrstufigen Horizontalschlämmverfahren
über 3.
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Indessen versagen Vertikalschlämmungen allgemein aus strömungstechnischen
Schwierigkeiten bei - sehr kleinen Trennkorngrößen.
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Zweck dieser Erfindung ist es nun im besonderen, für trennscharfe
Schlämmverfahren (Kornstreuungen x,/" unter 2) das Gebiet der Trennfallgeschwindigkeiten
V., unter 3 cm/sec zu erschließen (vgl. die Aufsätze: »Zur einheitlichen Kennzeichnung
der Trennschärfe«, Montanzeitung Wien, Sept. 1951, S. 163 bis 165 und nChoix d'un
coefficient unique pour caract6riser la pr6cision de s6paration, une proposition
de normalisation internationale«, Revue de 1'industrie min6rale, St. Etienne, Dezember
1951, S. 479 bis q.82).
Es ist bekannt, durch mehrstufige Horizontalschlämmung,
z. B. kontinuierliche Dekantation mittels mehrerer Eindicker, wobei man gewöhnlich
zur Wassereinsparung im Gegenstrom arbeitet, Flüssigkeiten von Feststoffen zu trennen.
Hierbei wird das abgesunkene Gut z. B. mittels Dickstoffpumpen von der Bodenöffnung
eines Eindickers in den Zulauf des nächsten Eindickers gehoben, wobei der Feinüberlauf
jedes Eindickers in den Zulauf des vorangehenden Eindickers geleitet wird.
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Mit Hilfe bekannter Verfahren dieser und ähnlicher Art ist es wohl
möglich, z. B. reine Flüssigkeiten (Korndurchmesser o) von gewissen Körnungen, z.
B. von allen Körnungen über o,o2 mm, zu trennen, doch ist diese Trennschärfe solcher
Verfahren zu gering, um eine eigentliche Kornscheide durchzuführen, d. h. also,
um nicht nur, wie in obigem Beispiel, die Grobfraktionen von der ursprünglichen
Flüssigkeit zu befreien, sondern praktisch auch von allen Körnungen unter o,o2 mm.
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Gemäß der Erfindung wird bei einem Horizontalschlämmverfahren mit
wenigstens zwei hintereinandergeschalteten Stufen, deren jede Feingut und Sinkgut
abgibt, das in Flüssigkeit suspendierte Sinkgut mindestens einer Stufe hochgefördert,
ein konstant gehaltener Fluß der gehobenen Sinkgutsuspension in den Einlauf der
nächstfolgenden Stufe geleitet, der überlaufende Fluß hingegen wieder in das aus
der vorhergehenden Stufe austretende Sinkgut zurücklaufen gelassen. Überdies wird
in dieses aus der ursprünglichen Stufe abfließende Sinkgut noch vor dessen Eintritt
in die Fördereinrichtung (Pumpe, Druckluft-Wasser-Heber usw.) reine Waschflüssigkeit
geleitet oder aber solche Waschflüssigkeit, welche das Feingut der übernächsten
Stufe enthält, wobei zufolge der Einstellung der Zulaufmengen dieser Waschflüssigkeit
und der aus einer, z. B. der ersten Stufe, dem Einlauf der nächstfolgenden Stufe
zugeleiteten Sinkgutsuspension an der Austrittsöffnung für das Sinkgut zumindest
einer Stufe eine Flüssigkeitsströmung in aufsteigender Richtung von höchstens 2o
°/o, in absteigender Richtung von höchstens 15 °/o des gesamten Schlämmflusses zugelassen
wird. Unter gesamtem Schlämmfluß ist die Menge in Liter pro Sekunde zu verstehen,
welche in die betreffende Stufe überhaupt eintritt.
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Vorzugsweise werden die genannten Zulaufmengen so eingestellt, daß
an der Austrittsöffnung für das Sinkgut wenigstens einer Stufe die Strömung praktisch
gleich Null wird.
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Bei einer vierstufigen Horizontalschlämmung mit Gegenstromführung
hat sich z. B. gezeigt, daß bei genauer Einhaltung der erfindungsgemäßen Bedingungen
eine Kornstreuung xZOjao gleich 1,6 erreichbar ist, daß dieser Kennwert bei einem
Aufstrom von 2o °/o oder bei einem Abwärtsfluß von 15 °/o des gesamten Schlämmflusses
auf den Wert 2 steigt, bei einer weiteren Verstärkung der Strömung an den Austrittsstellen
der Stufen aber eine rasche Vergrößerung erleidet.
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Erfindungsgemäß wird des weiteren eine trennscharfe Teilung in drei
oder mehr Fraktionen dadurch erzielt, daß man vorerst bei der kleinsten der gewünschten
Trennkorngrößen (bzw. Trennfallgeschwindigkeiten) nach vorstehenden Bedingungen
schlämmt, also einen sehr kleinen spezifischen Schlämmfluß in den einzelnen Stufen
einstellt. Als spezifischer Schlämmfluß (Liter pro Sekunden und pro Quadratdezimeter)
wird der Schlämmfluß verstanden, welcher auf die Einheit der Schlämmfläche bezogen
ist. Als Schlämmfläche gilt wiederum der Horizontalschnitt durch den wesentlichen
Bereich des Schlämmflusses. In den meisten Fällen der Horizontalschlämmung kann
die Schlämmfläche der Flüssigkeitsoberfläche gleichgesetzt werden.
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Das Feingut dieser ersten Trennung stellt bereits ein Fertigprodukt
dar, während das Grobgut einer weiteren Schlämmung nach obigen Bedingungen unterworfen
wird, wobei der spezifische Schlämmfluß nun nach der nächstfolgenden Trennkorngröße
(bzw. Trennfallgeschwindigkeit) eingestellt wird usw.
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Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Anlage zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Erfindung wird an Hand der mehrere Beispiele
von Horizontalschlämmeinrichtungen darstellenden Zeichnung erläutert, und zwar zeigt
Fig. i eine dreistufige Anlage für trocken aufgegebenes Rohgut, Fig. 2 eine vierstufige
Anlage für mit Flüssigkeit eingebrachtes Rohgut, jeweils in Ansicht, teilweise geschnitten,
Fig. 3 rein schematisch eine kombinierte Schaltung aus zwei dreistufigen Anlagen
zur Aufteilung des flüssig aufgegebenen Rohgutes in drei Schlämmklassen und Fig.
q. eine beispielsweise Schlämmkörperkonstruktion im Schaubild.
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Die dreistufige Horizontalschlämmanlage nach Fig.i weist drei gleich
große Schlämmkörper A, B, C auf, die z. B., wie in Fig. q. veranschaulicht,
je aus einem oben offenen, pyramidenförmigen Behälter i bestehen, der an seiner
nach oben gewendeten Basis in einen diese einseitig überragenden kurzen prismatischen
Ansatz 2 trapezförmigen Querschnittes übergeht und an seiner nach unten gekehrten
Spitze über eine Auslauföffnung 3 mit einer kugelförmigen Erweiterung q. des Behälters
in Verbindung steht. Der breitere Teil des Ansatzes 2, der die Basis des Behälters
i seitlich überragt, ist unten durch einen Boden mit Ausfluß 5 und gegen den Behälter
i durch einen Überlauf 6 getrennt. Gegenüber dem Überlauf 6 ist in dem schmalen
Teil des Ansatzes 2 eine Siebplatte 7 eingebaut, die nicht bis zum Boden des pyramidenförmigen
Behälters i reicht. Über dem durch die Siebplatte 7 abgegrenzten schmäleren Behälterteil
ist beim ersten Schlämmkörper A ein Aufgabetrichter 8 für das trockene Rohgut, bei
den Schlämmkörpern B und C je ein als Dosierungsvorrichtung mit Überlauf und Ausflußdüse
bestimmten Querschnittes versehener Einlauftrichter g bzw. io für das aus dem jeweils
vorhergehenden Schlämmkörper hochgeförderte Sinkgut vorgesehen. Eine weitere Dosierungsvorrichtung
iigleicher Art ist dem Schlämmkörper C nachgeschaltet. In die von den Böden der
kugelförmigen Erweiterungen q., im folgenden kurz Kugel genannt, der Schlämmkörper
A, B und C zu den Dosierungsvorrichtungen g bzw. io bzw. ii führenden Rohrleitungen
12, 13 und 1q. ist je
eine Pumpe 15 bzw. 16 bzw. 17 eingebaut, die
das Sinkgut jedes der Schlämmkörper A, B und C den diesen jeweils nachgeschalteten
Dosierungsvorrichtungen 9 bzw. io bzw. ii zufördert.
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Eine weitere Pumpe 18 ist in eine Rohrleitung i9 eingeschaltet, die
an dem Auslaß 5 des Schlämmkörpers B angeschlossen ist und über dem Aufgabetrichter
8 des Schlämmkörpers A frei mündet. Der Auslaß 5 des Schlämmkörpers A bringt das
fertige Feingut; jener des Schlämmkörpers C ist durch eine Rohrleitung 2o mit der
Kugel 4 des Schlämmkörpers A verbunden. Die Überläufe 9a, ioa, 11a der Dosiervorrichtungen
9, 1o und ii sind mittels Rohrleitungen 21 bzw. 22 bzw. 23 mit der Kugel 4 des jeweils
vorhergehenden Schlämmkörpers verbunden.
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Ferner ist ein die Dosierung der Gesamtflüssigkeitszufuhr bewirkender,
aus einer Leitung 24 ständig gespeister Hochbehälter 25 vorgesehen, der mit ständig
fließendem Überlauf 25a und Abfluß 25b ausgerüstet ist. Im Boden des durch den Überlauf
25a auf gleichen Flüssigkeitsstand gehaltenen Hochbehälters sind zwei auswechselbare
Auslaufdüsen 26, 27 bestimmten Durchtrittsquerschnittes vorgesehen, aus denen reine
Waschflüssigkeit in freiem Strahl durch eine Luftstrecke in je ein trichterförmiges
Ausgleichsgefäß 28 bzw. 29 ausfließt, von welchen das erstere mittels einer Rohrleitung
3o, das zweite mittels einer Rohrleitung 31 jeweils mit der Kugel 4 der Schlämmkörper
B bzw. C verbunden ist.
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Nachdem die Anlage vom Hochbehälter 25 aus von durchfließender Waschflüssigkeit
erfüllt worden ist, werden die Pumpen 15 bis 18 in Tätigkeit gesetzt und das zu
behandelnde Rohgut trocken in den Aufgabetrichter 8 eingebracht, worin es mit der
aus dem Überlauf 6 und Ablauf 5 des Schlämmkörpers B mittels der Pumpe 18 durch
die Leitung i9 hochgeförderten Flüssigkeit vermischt in den Schlämmkörper A gelangt.
Die Feinstanteile werden sofort vom Schlämmstrom erfaßt, durch Siebplatten 7 hindurch
mitgeführt und gelangen über den Überlauf 6 und Auslaß 5 ins Freie. Das noch mit
Feinanteilen vermischte Grobgut sinkt im pyramidenförmigen Behälter i ab und gelangt
durch dessen Bodenöffnung 3 in die Kugel 4, aus welcher das Sinkgut durch die Pumpe
15 über die Leitung 12 in den Einlauf 9 gefördert wird und mittels Düsen und Überlaufes
in genau dosierter Menge in den Schlämmkörper B gelangt, wo es einem nochmaligen
Scheidevorgang unterworfen wird. Der Überschuß des hochgeförderten Sinkgutes fließt
über den Überlauf 9a durch die Leitung 21 in die Kugel 4 des Schlämmkörpers A zurück,
in die überdies durch die Rohrleitung 2o aus dem Überlauf 6 und Auslaß 5 des Schlämmkörpers
C stammende Flüssigkeit eingeleitet wird. Das Sinkgut des Schlämmkörpers B wird
aus der Kugel 4 desselben mittels der Pumpe 16 über die Rohrleitung 13 in den Einlauf
io gehoben, aus dem eine dosierte Menge des Sinkgutes in den Schlämmkörper C gelangt,
wo die weitere Scheidung vor sich geht, während der Überschuß des in den Einlauf
io gelangten Sinkgutes über den Überlauf ioa und die Leitung 22 in die Kugel 4 des
vorhergehenden Schlämmkörpers B zurückfließt. Das Feingut des Schlämmkörpers C gelangt,
wie schon erwähnt, durch die Leitung 2o in die Kugel ¢ des Schlämmkörpers A, während
das Sinkgut von der Pumpe 17 über die Rohrleitung 14 in die Dosiervorrichtung ii
gefördert wird, von wo eine durch den Durchtrittsquerschnitt der Ausflußdüse iib
derselben bestimmte Menge des Sinkgutes als fertiges Grobgut ausgetragen wird, während
der Überschuß über den Überlauf ija und die Rohrleitung 23 in die Kugel 4 des letzten
Schlämmkörpers C zurückfließt.
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Die Kugeln 4 der Schlämmkörper B und C werden über die Rohre 3o bzw.
31 mit reiner Waschflüssigkeit aus dem Hochbehälter 25 mit bestimmter Dosierung
beaufschlagt. Von dem bei 8 aufgegebenen Scheidegut wird also nach stufenweise fortschreitendem
Trennvorgang der Feinanteil durch den Auslaß 5 des ersten Schlämmkörpers A, der
Grobanteil an der Düse i i b der dem Schlämmkörper C nachgeschalteten Dosierungsvorrichtung
i1 ausgebracht.
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Die Rückführung des Überlaufes des in die Dosierungsvorrichtungen
9, io und ii gehobenen Sinkgutes in die Kugel 4 des jeweils vorhergehenden Schlämmkörpers
A bzw. B bzw. C, also vor die Pumpen 15, 16, 17, sowie die Rückleitung
der das Feingut des Schlämmkörpers C enthaltenden Waschwassers in die Kugel 4 des
Schlämmkörpers A bzw. die Zuleitung reinen Waschwassers in dosierter Menge aus den
Ausgleichsbehältern 28, 29 in die Kugel 4 eines jeden der Schlämmkörper B und C,
tragen wesentlich zur Erzielung hoher Trennschärfen bei. Das durch die Öffnung 3
im Boden der Behälter i der Schlämmkörper gefallene, zusammengeballte Sinkgut wird
durch die beschriebenen doppelten Flüssigkeitszuläufe und durch die Aufwirbelung
in den Pumpen in gleichmäßige Suspension gebracht. Die in den Kugeln 4 zufolge der
beiden Flüssigkeitszuläufe verursachten Wirbelbewegungen können wegen der beträchtlichen
Querschnittsverjüngung der Kugel 4 an deren Anschlußstelle an den Behälter i nicht
ins Innere der Schlämmkörper gelangen. Durch die bestimmte Einstellung der Zuläufe
der reinen oder den Feinanteil des übernächsten Schlämmkörpers enthaltenden Waschflüssigkeit
in die Kugeln 4 einerseits und des aus einem Schlämmkörper dem jeweils folgenden
durch die Dosiervorrichtung seines Einlaufes zugeleiteten Sinkgutanteiles andererseits
läßt sich erreichen, daß in der Bodenöffnung 3 des betreffenden Schlämmkörpers im
günstigsten Falle praktisch keine Flüssigkeitsströmung herrscht, was vor allem für
die Erreichung hoher Trennschärfe notwendig ist.
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Die in Fig. 2 dargestellte Horizontalschlämmanlage für flüssig aufgegebenes
Trenngut weist vier Schlämmkörper A, B, C und D in Hintereinanderschaltung
auf, von denen der erste A eine die Menge der Trägerflüssigkeit der Kornsuspension
berücksichtigende größere Schlämmfläche aufweist als jeder der übrigen Schlämmkörper
B, C, D gleicher Schlämmfläche.
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In Fig. 2 sind alle jenen der Fig. i entsprechenden Teile mit den
gleichen Bezugszeichen wie dort ver sehen; die mit dem vierten Schlämmkörper D hinzugekommene
Dosiervorrichtung und die von dieser an den vorhergehenden Schlämmkörper führenden
Rohrleitungen erhielten die Bezeichnung der entsprechenden Teile beim dritten Schlämmkörper
C, jedoch mit dem
Index d, z. B. Dosiervorrichtung rod. An Stelle
der Pumpen der Ausführung nach Fig. i sind zum Hochfördern der Sinkstoffe aus den
einzelnen Schlämmkörpern A, B, C und D Druckluftflüssigkeitshebevorrichtungen
32, 33, 34 und 35 vorgesehen, welche durch Rohranschlüsse 32a, 33a, 346 und 35a
mit einem nicht dargestellten gemeinsamen Luftkompressor verbunden sind. Wegen der
mitgeführten Luft müssen die das Sinkgut den Dosiervorrichtungen g, 1o, rod und
1i zuführenden Rohrleitungen 12 bzw. 13 bzw. 13,1 bzw. 4 größeren Durchtrittsquerschnitt
haben. Sonst sind die Leitungsverbindungen, wie die Bezugszeichen und Richtungspfeile
erkennen lassen, die gleichen wie an Hand der Fig. i beschrieben und somit auch
die Wirkungsweise.
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Fig.3 zeigt die Kombination zweier dreistufiger Anlagen nach dem Schema
der Fig.2 zur trennscharfen Teilung des bei 8 in flüssiger Suspension aufgegebenen
Rohgutes. Das fertige Feingut wird beim Auslaß 51 des ersten Schlämmkörpers A1 der
ersten Hintereinanderschaltung A1, Bi und Cl ausgetragen, das aus der Dosiervorrichtung
irj dieser Anlage anfallende Grobgut wird in den Aufgabetrichter 82 des ersten Schlämmkörpers
A2 der zweiten Anlage A2, B2, C2 geleitet, aus dessen Auslaß 52 das fertige Mittelgut
ausgetragen wird; das fertige Grobgut wird aus der Dosierungsvorrichtung il, der
zweiten Hintereinanderschaltung erhalten. i. Beispiel Zur Verarbeitung gelangte
ein Quarzsand mit vorwiegend rundlichem Korne und mit einer Siebanalyse, wie sie
in untenstehender Rubrik A angeführt ist.
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Nach einer vierstufigen Horizontalschlämmung im Gegenstrom unter den
Bedingungen dieser Erfindung wurden ein Grobgut nach Rubrik B und ein Feingut nach
Rubrik C erhalten.
| Siebklasse A B C |
| Rdhgut Grobgut Feingut |
| über 0,5 mm...... 7,1o/0 8,80/0 0 0% |
| 0,5 bis 0,4 mm ...... 20,50/0 25,5% 0 % |
| 0,4 - 0,3 mm...... 27,2% 3390/0 0 0l0 |
| 0,3 - 0,25 mm...... 10,30/0 12,60/0 0,5010 |
| 0,25 - 0,2 mm...... 7,1% 8,4% 1,5% |
| 0,2 - 0,15 mm...... 6,3% 64% 5,7% |
| 0,15 - o,12 mm...... 4,2% 3,0% 93% |
| 0,12 - o,og mm...... 4,8% 1,2% 19,6% |
| o,og - 0,o6 mm...... 5,3% 0#2% 26,3% |
| 0,o6 - 0,04 mm...... 2,2% 0 0/0 ri,3% |
| unter o,04 mm ...... 5,0010 0 0/0 25,8% |
| Ausbeuten: Teile 1 roo I 80,6 19,4 |
roo g dieses Rohsandes haben sich also wie folgt aufgeteilt
| Durchschnittlicher Prozentualer Anteil des |
| Siebklasse Korndurchmesser Rohgut Grobgut Feingut Feingutes
in dieser |
| Siebklasse |
| über 015 mm...... ? 7,19 7,19
o g o0/0 |
| o,5 bis 0,4 mm...... 0,45 mm 20,59 --0,59 0 g
0010 |
| 0,4 - 0,3 mm...... 0,35 mm 27,2 g 27,2 g o g o0/0 |
| 0,3 - o,25 mm...... o,275 mm 10,39 10,2 g o,/
g r0/0 |
| 0,25 - o,a mm...... o,225 mm 7119 6,8
g 0,39 4% |
| 0,2 - o,15 mm...... o,175 mm 6,39 5,2 g 1,1 g
i8°/' |
| 0,15 - 0,i2 mm...... o,135 mm 4,2 g 2,4g i,8
g 43% |
| 0,i2 - o,og mm...... 0,1o5 mm 4,8 g r,° g
3,89 79% |
| o,og - 0,o6 mm...... 0,075 mm 5,39 0,2 g 5J9
96% |
| 0,o6 - 0,o4 mm...... 0,05 mm 2,2 g o g 2,2 g 1°o0/0 |
| unter o,04 mm ...... ? 5,0
g o g 5,o g 1°o0/0 |
| 100 g 1 8o,6 g 1 19,49 |
Für die Beurteilung der Trennschärfe wesentlich ist der Zusammenhang zwischen der
zweiten Rubrik und der sechsten Rubrik in obiger Tabelle. Durch Interpolation findet
man: aus der sechsten Rubrik aus der zweiten Rubrik 200/0 (Trennkorngröße K20) .
. . . . . . . . . 0117 mm 5o0/0 (Trennkorngröße K50) . . . . . . . . . .0,i3 mm
8o0/0 (Trennkorngröße K80) . . . . . . . . . . o,ro5 mm Die Kornstreuung x201$,
ist K20: K80 = 0,17 mm :
0,105 mm = 1,6. z. Beispiel Zur Verarbeitung gelangte
ein Quarzsand mit vorwiegend rundlichem Korn und der gleichen Siebanalyse wie im
Beispiel i. Nach einer vierstufigen Horizontalschlämmung im Gegenstrome nach obigen
Erfindungsrichtlinien bei Einstellung eines spezifischen Schlämmflusses von 1,5
cm/sec (o,15 1/sec/dm2 Schlämmfläche) wurde eine Trennkorngröße K50 von o,1 mm erreicht.
Die Kornstreuung xf!oi8o dieser Trennung betrug 1,5.
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Das Grobgut aus obiger Trennung wurde erneut bei einem spezifischen
Schlämmfluß von 3 cm/sec geschlämmt, wobei nunmehr eine Trennkorngröße K50 von 0,i5
mm erhalten wurde und eine Kornstreuung x20/$0 für diese zweite Trennung von 1,6.
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3. Beispiel Zur Verarbeitung gelangte ein Gemenge von Scheelit (spezifisches
Gewicht 6) und eines Silikates vom spezifischen Gewicht 2,6.
In
ioo
g dieses Rohmaterials waren enthalten:
| Scheelit I Silikat |
| über o,2 mm....... 39 o g |
| 0,2 bis o,i mm....... 28 g 159 |
| o,i - o,o6 mm....... io g 309 |
| unter o,o6 mm ....... 49 log |
| 459 559 |
Nach einer vierstufigen Horizontalschlämmung im Gegenstrome nach den Bedingungen
dieser Erfindung und bei einer spezifischen Schlämmflußgeschwindigkeit von 4 cm/sec
wurden zwei Fraktionen nachstehender Zusammensetzung und Siebanalysen erhalten
| Rohgut: roo g |
| Feingut Grobgut |
| 62 g 38 g |
| Scheelit Silikat Scheelit Silikat |
| über 0,2 mm . . . . . . . . . . . o g 0 g 39 o g |
| o,i bis o,2 mm . . . . . . . . . . . 2 g 139 26 g 2 g |
| o,o6 - o, i mm . . . . . . . . . . . 49 309 6 g 0 g |
| unter o,o6 mm . . . . . . . . . . . 39 10 g 1 g o
g |
| 99 53g 36g 2g |
Während das Rohgut einen Scheelitgehalt von 45% hatte, wurde dieser im Grobgut auf
95% gesteigert. Das Abfallprodukt (Feingut) hatte noch einen Scheelitgehalt von
15%. Insgesamt gingen 20% des ursprünglichen Scheelits in das Feingut.