AT_RC_33 Vorlesung Aufbereitungstechnik und Recycling,Jürgen Tomas

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1 ortierung Dichteortierung chwimm-ink-ortieren ortieren durch etzen ortieren in Rinnen und auf Herden Auftrom- und Quertromortierung Flotation Elektroortierung Magnetcheidung 87 AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

2 ortierung Mit Hilfe von ortierprozeen werden Partikelkollektive, die eine Michung dartellen, nach tofflichen Geichtpunkten getrennt. Tabelle 3.0 Wirkprinzipien für ortierprozee F 3.30 Gruppe Wirkprinzip Machinen- und Apparatebeipiele a) Quertrom Ablenkortierung Trommelmagnetcheider mit oberer Aufgabe, Elektrowalzencheider, Elektrokammercheider Auhebeortierung Bandmagnetcheider, Naßtrommelmagnetcheider Rückhalteortierung Plattenmagnetcheider, Füllkörpermagnetcheider chwimm-ink-ortierung chwertrübecheider, chwimm- ink-trockencheider b) chichtung im pulierenden Hydroetzmachinen Fluidauftrom im tationär trömenden Hydrorinnen, Aerorinne Fluid c) Filmtrömung fete Herden Kippherde gleichinnig bewegte Herde Bandherde chwingende Herde chüttelherde, toßherde d) Auf- oder Quertrom im tationär trömenden Fluid Zick-Zack-Aeroortierer, Auftromortierer e) Heterokoagulation chaumflotation mechaniche Flotationmachinen, pneumatiche Flotationapparate chaumeparation chaumeparatoren f) Klauben Handklauben Klaubetiche, Klaubebänder automatiche Klauben optich-mechaniche, radiometrichmechaniche Klaubegeräte Dabei bedient man ich eine Trennmerkmal, bezüglich deen ich die zu trennenden Betandteile genügend untercheiden. Al olche kommen vor allem folgende phyikalichen Eigenchaften in Betracht: F 3.30 die Dichte, die magnetiche uzeptibilität, die elektriche eitfähigkeit oder die Dielektrizitätkontante, Grenzflächeneigenchaften (Benetzbarkeit) und AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

3 optiche Eigenchaften (Reflexion) owie eine Eigentrahlung. Tabelle 3.0 vermittelt einen Überblick über die hauptächlich genutzten Wirkprinzipien. Man erkennt zunächt darau, daß Quertromtrennungen relativ verbreitet ind und owohl für die ortierung nach der Dichte al auch nach magnetichen und elektrichen Eigenchaften angewendet werden. chichtungtrennungen und Trennungen in Filmtrömungen ind auf die Dichteortierung bechränkt. Bei Heterokoagulationtrennungen werden Grenzflächeneigenchaften augenutzt. Der wichtigte zugehörige techniche Prozeß it die chaumflotation. Für Klaubetrennungen werden vor allem optiche Eigenchaften oder eine Eigentrahlung al Trennmerkmal herangezogene, wobei letztere an jedem Einzeltück oder -partikel geprüft wird. Au der icht der Grundlagen und der aurütungeitigen Realiierung dieer Prozee it e zweckmäßig, in Dichteortieren, Magnetcheiden, Elektroortieren, Flotieren und Klauben zu gliedern. Der Prozeßerfolg läßt ich wie bei Klaierprozeen ebenfall mit Hilfe einfacher tationärer Maebilanzen, den Aubringenkennzahlen und der Trennfunktion - Fraktiontrenngrad einchließlich der Trennchärfe κ ξ 5 / ξ 75, dem dimenionbehafteten Ecart probable oder Ecart de Terra E T ( ξ75 ξ5) / oder der dimenionloen Imperfektion I E T / ξ T - eine möglicht einfach meßbaren, phyikalichen Trennmerkmale ξ, ξ T beurteilen, iehe Bild F 3.3. Fall die nicht oder nur ehr aufwendig quantifizierbar it, z.b. bei den elektrichen oder optichen Eigenchaften können da Maeaubringen R m über die Produktqualität, z.b. den Werttoffgehalt µ,k der Komponente k, dargetellt werden, fall man da abgetrennte Produkt in einzelne Teilproduktmengen aufpalten kann - ortier-, Anreicher- oder M-Kurven. Fall die Aufgabegehalte verchiedener Trennveruche zu tark voneinander abweichen, bietet die Auftragung de Maeaubringen über da Werttoffaubringen in R m -R k -Kurven Vorteile, Bild F 3.3. Die Trennfunktion gibt an, welcher Maeanteil einer differentiell kleinen Merkmalklae ξ j im Wertprodukt (chwergut) augebracht wird: µ, j Tj ( ξ) R m, (3.) µ A, j R m, - Maeaubringen chwergut µ,j - Maeanteil chwergut der Klae j µ A,j - Maeanteil de Aufgabegute der Klae j 40 Die Trennchärfe κ it folgendermaßen definiert: ξ κ 5 ξ 75 ξ 5 - Größe de Trennmerkmal ξ bei T j (ξ) 0,5 (3.) AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

4 ξ 75 - Größe de Trennmerkmal ξ bei T j (ξ) 0,75 4 Eine ideale Trennung it mit κ gegeben: Die Trennkurve pringt bei einem Trennchnitt ξ T von 0 auf. Je unchärfer die Trennung erfolgt, deto flacher it der Verlauf der Trennkurve und deto mehr weicht κ von ab. In dieem Fall wird der Abzienwert an der telle T j (ξ) 0,5 al Trennmerkmal definiert. E it zweckmäßig, die weentlichen Einfluß- und Zielgrößen de Trennprozee durch dimenionloe Kennzahlen zu bechreiben, z.b.: - charakteritiche Partikelgröße d i und (Mae-) Verteilung Q 3 (d) für die toffbetandteile und die chwertrübe - Aufchlußgrad der Partikeln de Werttoffe der i-ten Partikelgrößenklae ma, i µ AG, i (3.3) m + m A, i V, i m A,i Maeanteil der i-ten Größenklae der aufgechloenen Werttoffpartikeln m V,i Maeanteil der i-ten Größenklae der verwachenen Werttoffpartikeln - Poroität ε, Porenvolumenverteilung Q 3 (d ε ) für die toffbetandteile - Waergehalt X W m W / m (m - Fettoffmae) der toffbetandteile - Trübedichte ρ Tr, Fettoffvolumenanteil ϕ der chwertrübe Die wichtigten Einatzgebiete der ortierprozee ind bei der Aufbereitung mineralicher Rohtoffe und zunehmend auch von ekundärrohtoffen oder feten Abfällen zu finden. Weitere Anwendungen ind z.b. au der ebenmitteltechnik, der andtechnik owie der chemichen Indutrie bekannt Dichteortierung Bei den Dichteortierprozeen it die tück- oder Partikeldichte da weentliche Trennmerkmal, iehe Bild F 3.33a-e. Diee Trennungen erfolgen vorwiegend im chwerkraftfeld. Für Dichtetrennungen im Feinkornbereich haben jedoch Zentrifugalkraftfelder tändig an Bedeutung gewonnen, iehe Bild F E ind die chwimm-ink-ortierung, die ortierung durch etzen, die ortierung in Rinne und auf Herden owie die Auftrom- und Quertromortierung zu untercheiden chwimm-ink-ortieren AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

5 4 Da Wirkprinzip der chwimm-ink-ortierung it im Bild 5.37 (ehrbuch MVT) dargetellt. Da nach tofflichen Geichtpunkten zutrennende Gut wird einem Trennmedium aufgegeben deen Dichte zwichen den Dichten der pezifich leichteten und der pezifich chwerten Betandteile der Aufgabe liegt und für jeden konkreten Fall in Abhängigkeit von Prozeßziel fetzulegen it. In dieem Medium ollen die pezifich chweren Körner abinken und pezifich leichteren aufchwimmen (Bild 5.37). Am meiten verbreitet al Trennmedium ind wäßrige chwertoffupenionen (chwertrüben). Echte chwerflüigkeiten, wie z.b. Waer oder Tetrabromethan, pielen für techniche Trennungen eine nur ehr geringe Rolle. Aeroupenionen in Form von Ga-Fettoff-Wirbelchichten ind in trockenen oder ehr kalten Klimata zu erwägen. Für chwertrüben werden vor allem Ferroilizium Fei mit bi 5 % i (ρ 6900 kg/m³) durch Magnetit (Fe 3 O 4, ρ 5000 kg/m³) al chwertoffe benutzt. Diee zeichnen ich durch angemeene Härte, Korroionbetändigkeit güntige Bechaffbarkeit zu erträglichem Prei und vor allem auch dadurch au, daß ie ich wegen ihrer ferromagnetichen Eigenchaften magnetich relativ leicht regenerieren laen. Mit gemahlenem Fei ind unter betrieblichen Verhältnie maximale Trübedichten von etwa 300 kg/m³ erreichbar, mit verdütem Fei ind wegen der rundlichen Partikelform Trübedichten bi etwa 3400 kg/m³ möglich. Für chwertrüben ind vorwiegend Fließkurven ermittelt worden, die den im Bild F angedeuteten Verlauf aufweien. Dieer it bei höheren cherpannungen τ linear, d.h. er entpricht dort einem platichen Medium, während der Anfangteil auf ein peudoplatiche Verhalten hindeutet, iehe auch Bild F Diee Fließverhalten it eine Folge von trukturbildung im Ergebni der Wechelwirkung der Partikeln einchließlich deren Hydrathüllen. Die trukturbildung tritt in derartigen upenionen immer dann ein, wenn die mittleren Partikelabtände genügend klein ind, d.h. hier bei Fettoffvolumenanteilen von etwa ϕ > 0 %. Die age der Fließkurven betimmen vor allem der Volumenanteil owie die Feinheit de Fettoffe und der Umfang der Hydrathüllen, iehe auch Bild F , und zwar verchiebt ie ich bzw. die Fließgrenze τ o mit zunehmender Feinheit und wachendem Volumenanteil owie ich vertärkenden Hydrathüllen (Bild F 3.39) zu höheren τ-werten und umgekehrt. Modellierung der chwimm-ink-ortierung Charakteriierung der chwertrübe AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

6 43 Zur Bechreibung der ortierung mit chwerflüigkeiten im chwerefeld cheint da Modell der Quertromortierung am geeignetten. Nach dieem Modell bewegt ich da chwergut während einer Verweilzeit abwärt durch den ortierapparat und muß dabei eine betimmte Höhe überwinden. Die quaitationäre inkgechwindigkeit v eine Partikel in der Trübe ergibt ich hierfür zu: 4 g d ( ρ ρtr ) v (3.80) 3 c ρ g d ρ ρ Tr c W, W, Tr Erdbechleunigung Partikeldurchmeer Partikeldichte Trübedichte Widertandbeiwert Die kennzeichnenden Merkmale der Trübe ind die Trübedichte: m + ml ρ Tr ρl + ϕ ( ρ ρl ) (3.8) V + V ρ Tr m m l V V l ρ l ρ ϕ l Trübedichte Fettoffmae Flüigkeitmae Fettoffvolumen Flüigkeitvolumen Flüigkeitdichte (Waer) Fettoffdichte (chwertoff) Fettoffvolumenanteil der Fettoffvolumenanteil: V ρ Tr ρl ϕ V + V ρ ρ l der Fettoffgehalt in der Trübe: m c V + V l Die Trübevikoität ergibt ich für ϕ < 0,3 zu: η η +,5 ϕ + 0,05ϕ ( ) Tr W η W l dynamiche Vikoität von Waer Partikel-Reynold-Zahl in der chwertofftrübe v d P ρtr Re P ηtr v tationäre Partikelinkgechwindigkeit d P Partikelgröße de chwertoffe ρ Tr chwertrübedichte dynamiche Zähigkeit der chwertrübe η Tr (3.8) (3.83) (3.84) (3.85) Eine wichtige Eigenchaft it da Fließverhalten der chwertrübe. Bei den hier vorliegenden chwertoffkonzentrationen von Volumen% wird theoretich ein trukturvikoe (peudoplatiche) Fließverhalten erwartet AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

7 (iehe Funktionverlauf 3 in Bild F 3.36). Außerdem ind Entmichungercheinungen durch große cherkräfte bei der ortierung zu berückichtigen. Der allgemeine Anatz für diee Fließkurven lautet: τ τ + η n du 0 B (3.86) dy τ cherpannung τ 0 Fließgrenze η B Platizität γ du / dy chergechwindigkeitgradient (chergefälle) n rheologicher Parameter Für den rheologichen Parameter n gilt: cherpannung τ 3 () NEWTON che Verhalten τ 0 0, n ; () linear platiche (vikoplatiche Verhalten 4 τ 0 (BINGHAM) τ 0 > 0, n ; (3) trukturvikoe (peudoplatiche) Verhalten 0 < n < du chergechwindigkeitgradient dy Bild F 3.36: Zeitunabhängigen Fließkurven verchiedener Medien und (4) dilatante Medien n >. Für die Bechreibung der wirkamen oder cheinbaren Vikoität von chwertrüben kann auf verchiedene Modellanätze zurückgegriffen werden. Beipielweie chlägt Bauckhage in Anlehnung an den Potenzanatz von Otwald und de Waele τ K du n P (3.87) dy K P teifigkeitziffer folgenden Anatz vor: ( n )/ τ η du du du K P (3.88) dy dy dy η * wirkame oder cheinbare Vikoität Durch die letztere Gleichung wird berückichtigt, daß bei trukturvikoem Fließverhalten die wirkame Vikoität für zunehmende chergradienten und chubpannungen abnehmen muß. Da trukturvikoe Fließverhalten einer chwertrübe it um o deutlicher augeprägt, je höher der Fettoffvolumenanteil, je höher deen Feinheit, je tärker die Hydratation und je augeprägter der Flockungzutand de chwertoffe it. Da Fließverhalten von chwertrüben kann durch den Einatz von Reagenzzuätzen verändert werden. o it e möglich, durch Reagenzzuätze die Aubildung der Hydrathüllen der Partikeln (Hydrophobierung / Hydrophilierung) oder deren Dipergierung- bzw. Flockungzutand zu 44 AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

8 45 verändern. Diee Wechelwirkungen ind durch Meung de ζ-potential quantifizierbar. Ein modern augerüteter Meßplatz teht am ehrtuhl für Mechaniche Verfahrentechnik zur Verfügung. Eine Hydrophobierung der chwertoffpartikeloberflächen (Ferrochrom oder Ferroilizium) oll da Abgleiten der Doppelchichten durch die Umorientierung der Kraftrichtung der Waerdipole entlang der Partikeloberfläche verbeern. Dadurch können die rheologichen Parameter τ 0 und η B vermindert und chwertoffverlute minimiert werden. Bei der Hertellung von chwertrüben it Ferroilizium weit verbreitet. E beitzt eine hohe Dichte und eine relativ hohe Härte, wa mit einer guten Abriebfetigkeit einhergeht. Weiterhin it e korroionbetändig und läßt ich auf Grund einer ferromagnetichen Eigenchaften leicht durch eine Magnetcheidung regenerieren. Tabelle 3. gibt einen Überblick über praktich verwendete chwertoffe. Tabelle 3.: verfahrentechnich relevante chwertoffe chwertoff chwertoffdichte in Trübedichte in max. erzielbare kg/m 3 kg/m 3 Baryt (BaO 4 ) Ferrochrom (etwa 5% Cr), verdüt etwa Ferroilizium (etwa 5% i) etwa 6900 a) gemahlen 300 b) verdüt 3800 Galenit (Pb) Magnetit (Fe 3 O 4 ) Pyrit (Fe ) Quarzand etwa Da die zu ortierenden Partikel nicht einzeln ondern im chwarm abinken, muß obige inkgechwindigkeit korrigiert werden: v, ϕ n ( ϕ ) k ϕ (3.89) v v,ϕ ϕ n k ϕ tationäre chwarminkgechwingikeit Fettoffvolumenanteil Parameter chwarmturbulenzfaktor Außerdem beeinflußt natürlich die Partikelform deen inkgechwindigkeit. Die wird durch den Formkorrekturfaktor k ψ berückichtigt: k ψ (3.90) ψ ψ A A Kornformfaktor AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

9 Für den Partikelformfaktor exitieren owohl Tabellen al auch für einfache Formen und konkrete Umtrömungbedingungen gültige Gleichungen. etztendlich ergibt ich die inkgechwindigkeit eine chwergutpartikel in der Trübe zu: v k k v (3.9),ϕ ϕ ψ Um die Umtrömungbedingungen abzuchätzen, oll von folgender Beziehung für die inkgechwindigkeit de chwergute augegangen werden (gültig für kugelförmige Partikel mit 0 3 < Re < Re krit ) 3 g d ( ρ ρtr ) v (3.9) ρ Tr Mit ϕ 0,3, ρ Tr 500 kg/m 3 und ρ 7500 kg/m 3 (Ferrochrom) ergibt ich hier η Tr,. 0-3 Pa.. Darau folgt die inkgechwindigkeit v 0,08 m/. Damit erhält man für 0 mm große kugelförmige Partikeln eine Reynold-Zahl von Re 948. Beim Abinken de chwergute herrchen alo trömungtechnich Übergangbedingungen, gegebenenfall it auch turbulente Umtrömung zu erwarten (Newton-Bereich). Außerdem muß eine Bewegung der Partikeln innerhalb der Trübe möglich ein. Dafür muß folgende Bedingung al Verhältni de wirkamen Partikelgewichte zum cherwidertand eingehalten werden FG FA > FW bzw. VP ( ρ ρtr ) g > k τ A τ 0 P (3.93) V P Partikelvolumen; für Kugeln gilt V P / A P / 3 d. A P Partikelantrömfläche (in trömungrichtung projiziert) k τ Proportionalitätfaktor, partikelform- und orientierungabhängig τ 0 Fließgrenze wenn man davon augeht, daß ich ein Partikel P in einer chwertrübe ert bewegen kann, wenn die Fließgrenze τ 0 mit Hilfe der angreifenden Volumenkräfte überwunden wird: ρ, P ρtr VP g > (3.94) k τ A τ 0 P Die möglichen Werte de Proportionalitätfaktor k τ ind in Tabelle 3. wiedergegeben: Tabelle 3.: k τ -Werte verchiedener Körperformen Partikelform und Orientierung Kugel Würfel Plättchen parallel* Plättchen quer* k τ 0,95,3 0,5 3,0 Erforderliche Dichtediff. (ρ - ρ Tr ) in kg/m 3 für V P cm 3, τ 0 Nm * Orientierung zur Bewegungrichtung 46 AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

10 47 Vom tandpunkt der Trennung ollte dehalb die Fließgrenze τ 0 möglicht klein ein. Diee Forderung begrenzt zunächt die mit einem chwertoff erreichbare maximale Trübedichte, weil oberhalb etwa 35 Vol.-% Fettoffe die Fließgrenze mit dem Fettoffvolumenanteil ehr tark zunimmt. Anderereit it eine aureichende Feinheit de chwertoff Vorauetzung dafür, daß die Trübe im Prozeßraum eine gewie tabilität beitzt, d.h. ich nicht weentlich entmicht, weil nur dann die Dichte und die rheologichen Parameter der Trübe keine Ortfuntionen im Trübebad ind. In dieem Zuammenhang kommt auch den trömungverhältnien im Prozeßraum Bedeutung zu. Folglich it die Partikelgrößenverteilung de chwertoff den jeweiligen Verhältnien anzupaen. Im allgemeinen liegt die Feinheit etwa im Bereich d < 75 µm bi zu d < 00 µm. Charakteriierung de Aufgabegute Zur Charakteriierung de Aufgabegute - oft poröe Fettoffe - ind neben den Partikelgrößenverteilungen (Verteilungdichte und -umme) die folgenden 3 Größen von beonderer Bedeutung: Poroität, Dichte und Porengrößenverteilung. Die Poroität ε (0 < ε < ) bechreibt den Anteil de äußeren Hohlraumvolumen am Geamtvolumen und it wie folgt definiert: VH V ε (3.95) V V V - Geamtvolumen V H - Hohlraumvolumen - Fettoffvolumen V Bei der Dichte muß unterchieden werden zwichen: der reinen Fettoffdichte de poröen Gute (auch Reindichte genannt), m ρ (3.96) V ρ m V reine Fettoffdichte Mae de Fettoffe Fettoffvolumen der poröen Fettoffdichte mit Berückichtigung de inneren Porenvolumenanteil (Korn- oder Partikeldichte, auch Rohdichte genannt), m ρ,p ρ( ε p ) (3.97) V,p ρ,,p poröe Fettoffdichte V,p poröe Fettoffvolumen ε p innere Partikelporoität der chüttgutdichte de aufgechütteten aber nicht pannungfreien Gute AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

11 48 mge ρ b ρ + ( ε p ) ( ε b ) f( σ) (3.98) V ρ b ε b ge chüttdichte chüttgutporoität m ge Geamtmae de Fettoffe V ge Geamtfettoffvolumen σ Normalpannung, -druck Bei der chüttgutdichte muß noch unterchieden werden zwichen locker aufgechüttetem Gut mit einer chüttdichte ρ b,0 und verdichtetem oder gerütteltem Gut. Hierbei hängt die chüttgutdichte z.b. ab von Druck, Haftkräften, Art der Verdichtung u.a.m. Bei der Hydroortierung it die poröe Fettoffdichte al Trennmerkmal entcheidend, iehe Bild F Die weentlichen Eigenchaftunterchiede - hier alo die Dichteunterchiede von chwer- und eichtgut - der Betandteile de Aufgabegute im Zuammenhang mit den Eigenchaften de Trennmedium - hier die chwertrübe - können durch einen ogenannten ortierbarkeitindex al dimenionloe Kennzahl charakteriiert werden: ρ, p, ρtr q (3.99) ρ, p, ρtr q ortierbarkeitindex ρ,p, poröe Partikeldichte de chwergute (inkgut) ρ,p, poröe Partikeldichte de eichtgute (chwimmgut) Für da päter beipielhaft behandelte Trennproblem von Betonbruch ergibt ich mit ρ,p, 600 kg. m -3 und ρ,p, 00 kg. m -3 ein ortierbarkeitindex von,3. Da dieer Wert der unteren Grenze von etwa,5 entpricht, it ein ortieren durch etzen im Waerbad nicht (oder nur ehr chwer) möglich, iehe auch folgender Abchnitt Diee Art der Beurteilung einer ortierbarkeit wird chon lange verwendet und findet ich chon in der Definition der Gleichfälligkeitklaen der tromortierung bei turbulenter Umtrömung (Re > 0 3 ) bei RITTINGER: Große und leichte Partikeln inken gleich chnell wie kleine und chwere Partikeln, d.h. v( d i, ρ +, p. ) v( d i, ρ, p, ) (3.00) d i Partikelgröße der kleineren Klae i oder größeren i+ In Abhängigkeit von den Umtrömungbedingungen der Partikeln, augedrückt durch die Beziehung cw f(re) mit der Reynoldzahl Re v d ρ / η, folgt dann allgemein: d i d + i p Tr Tr α+ ρ, p, ρtr 3α ρ, p, ρ Tr (3.0) AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

12 D.h., der Klaieraufwand it bei laminarer Umtrömung wegen der geringeren Breite der Partikelgrößenklaen - Exponent ( α + ) / ( 3 α) / - höher al bei turbulenter Umtrömung - Exponent ( α + ) / ( 3 α), iehe Tabelle 3.. Tabelle 3.: Exponenten der Trennfunktion α Gl.(3.06), der Gleichfälligkeitbedingung ( α + ) / ( 3 α) und de Widertandgeetze ( α ) / 3 α-wert Gleichfälligkeit Widertandbeiwert Umtrömungbedingung REYNOD- Zahlbereich α α + 3 c 3 α W Re / Re laminar Re < < α < / /... Re Übergang < Re < 0 3 / Re 0 cont. turbulent 0 3 < Re < (...4)0 5 Berechnung de Exponenten de Widertandgeetze Re y au den beiden bekannten Exponentenpunkten α, y -, α ½ y 0: y m α + n mit dem Antieg m y y 0 und dem α α / 3 Ordinatenabchnitt n y m α y + α α (3.0) Die für die Hydroortierung erforderliche Trenndichte kann nach den in Bild F 3.40 aufgezeigten Beziehungen eingetellt werden. Für die Dichte der chwertrübe gilt nach Gleichung, daß ie augehend von der Dichte de reinen Waer (ρ l 000 kg/m 3 ) tändig anteigt. Diee Gerade beitzt einen chnittpunkt mit der Geraden für die Partikeldichte in Abhängigkeit von deren Poroität und Waergehalt in den Poren: ρ ρ + ( ε ) ( ρ ρ ) (3.03), p f, g P f, g ρ f,g ρ Geamtdichte der mit Waer und uft gefüllten Poren ρ (3.04) f, g P, f f P,f ättigunggrad der inneren Poren mit Waer Dieer ättigunggrad it für rein mit uft gefüllte Poren gleich 0 (untere Gerade) und für volltändig mit Waer gefüllte Poren gleich (obere Gerade). Darau ergibt ich der mögliche Arbeitbereich zwichen den beiden chnittpunkten der 3 Geraden. Praktich ollte der Wert de linken chnittpunkte (Fettoffvolumenanteil ϕ,t ) al Arbeitpunkt angetrebt werden, um im Extremfall auch Quarzitpartikeln zu ortieren, deren Poren noch voll- 49 AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

13 50 tändig mit uft gefüllt ind - wa praktich zwar ehr unwahrcheinlich, aber theoretich möglich it. In der Regel treten in poröen Fettoffytemen keine kontanten Porendurchmeer auf. Ähnlich den Partikelverteilungen können auch hier Porengrößenverteilungen ermittelt werden. Im Bild F it beipielhaft eine Porengrößenverteilung wiedergegeben, die mit dem neu angechafften Queckilberporoimeter Poreizer 930 der Firma Micromeritic gemeen wurde. Durch Vergleichmeungen konnte fetgetellt werden, daß eine aureichende Reproduzierbarkeit von Meungen der Porengrößenverteilung nur in einer verhältnimäßig engen Dichteklae ρ,j gewährleitet it. Damit ollte ε P cont. für alle Partikeln einer unteruchten repräentativen Probe für die Reproduzierbarkeit ichergetellt werden. Außerdem zeigen die Meungen, daß die Porengrößenverteilungen auch bimodalen Charakter (lokale Maxima d P,h und d P,h in Bild F 3.40.) aufweien können, o daß eine methodich äquivalente Auwertung der Meßreihen mit Hilfe der dreiparametrig-logarithmichen Normalverteilung, wie in der Zerkleinerungkinetik derzeitig gehandhabt, auch hier zukünftig güntig ercheint. Tabelle 3.3: Grobe Einteilung der Teilkollektive für innere Poren in Fettoffpartikeln Porenklae Porendurchmeerbereich Mikroporen 0,35 nm nm Meoporen 400 nm.. 6 µm Makroporen 6 µm µm chemich-mineralogiche Charakteriierung de Aufgabegute Wichtig it auch eine aureichende chemich-mineralogiche Charakteriierung der zu ortierenden toffe und ihrer Eigenchaften. Beipielweie können bei Beton al Aufgabetoffe für den enttehenden Zementtein im weentlichen 4 Klinkerminerale unterchieden werden:. Da Alit (Kurzformel: C 3 ) it der Hauptträger der Zementteinerhärtung und beitzt eine große Fetigkeit. E erhärtet chnell (Früh- oder Anfangfetigkeit nach max. 7 Tagen) und beitzt eine große Hydratationwärme. Chemich geehen handelt e ich um Trikalzium-ilikate (Ca 3 io 5 ), die in Verbindung und Kritalltruktur durch die Einlagerung von verchiedenen Fremdionen, peziell Mg +, Al 3+ und Fe 3+, modifiziert ind. ein Anteil im Zementklinker beträgt Maen%.. Da Belit (Kurzformel: C ) erhärtet langam (Fetigkeitzunahme über Jahre hinweg) mit einer geringeren Hydratationwärme, beitzt aber trotzdem eine hohe Fetigkeit. E beteht au Dikalzium-ilikaten AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

14 5 (Ca io 4 ), die durch die Einlagerung von Fremdionen und durch entweder volltändig oder im großen Anteil vorhandene β-modifikation der Kritalltruktur (pezielle Zutandphae), gebildet werden Maen% de Zementklinker betehen au Belit. 3. Da Aluminat (Kurzformel: C 3 A) ertarrt recht chnell und benötigt die größte Hydratationwärme aller beteiligten Betandteile. E beitzt aber nur eine geringe Fetigkeit und zeigt tarke chwinden während der Erhärtung. Von einer truktur her handelt e ich um Trikalzium- Aluminate (Ca 3 Al O 6 ), die durch ubtantielle Veränderungen in der chemichen Grundtruktur und die Einlagerung von Fremdionen (i 4+, Fe 3+, Na + und K + ) modifiziert ind. Im Zementklinker ind 5..0 Maen% enthalten. 4. Da Aluminatferrit (Kurzformel: C 4 AF) erhärtet dagegen ehr langam. E handelt ich hier um Tetrakalzium-Aluminiumferrite (Ca AlFeO 5 ), die durch ubtantielle Veränderungen in der chemichen Grundtruktur (Veränderung de Al-Fe-Verhältnie) und die Einlagerung verchiedenter Fremdionen enttehen. E it mit einem Maenanteil von 5..5 % im Zementklinker enthalten. Die bei Waerzugabe nun folgende Zementerhärtung (Hydratationreaktionen) kann in folgende Mikroprozee unterchieden werden: öung obiger Augangminerale in Waer, Hydratation und Hydrolye der gelöten toffe unter Bildung von Ca + -, OH - -, ilicat-, Aluminat-, Ferrat- und ulfationen, chemiche Reaktion der Ionen in der wäßrigen Phae zu Hydraten, Aufällung der Hydrate zu meit chlecht kritalliierten Partikeln, die in ihrer Waerlölichkeit um Größenordnungen geringer ind al die der Klinkerminerale. Dabei etzt ich ein großer Teil der 4 Augangtoffe zu folgenden Reaktionprodukten um (iehe auch TAYOR, H.F.W.: Cement Chemitry, Academic Pre, ondon 990): 5. In der erten Gruppe mit der Kurzbezeichnung C--H-Phaen ind alle tobermorit-ähnlichen kritallinen und amorphen Verbindungen der Form xcao. yio. zh O zuammengefaßt. Da Verhältni von CaO zu io beträgt dabei 0,8..,0. 6. In der C-H-Gruppe ind alle Kalzium-Hydroxyde (Ca(OH), CaO und deren Komplexe) verbunden. Gelegentlich findet man hierfür auch den Begriff Portlandit. 7. In der Gruppe AFm (die Abkürzung teht für Al O 3 -Fe O 3 -mono) ind alle Reaktionprodukte der Form [Ca (Al,Fe)(OH) 6 ]. X. xh O enthalten. 8. In AFt (Al O 3 -Fe O 3 -tri) treten Verbindungen der Zuammenetzung [Ca 3 (Al,Fe)(OH). 6 H O]. X. 3 xh O mit x < 3 auf. AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

15 5 9. In FeHP (Ferro-Hydrogranat-Typ, C 3 AH 6 ) ind im weentlichen Eien- Verbindungen der Form xcao. yfe O. 3 zio enthalten. 0.Die MgHP-Gruppe (Magneium-Hydrotalkit-Typ) beinhaltet komplexe Verbindungen mit Magneium-Ionen, z.b. [Mg 0,75 Fe 0,5 (OH) ](CO 3 ) 0,5 (H O) 0,5. Tabelle 3.4: Volumenanteil und Dichten der weentlichen Zementteinanteile (iehe auch TAYOR ff.) Betandteil Alite Belite Alum. Ferr. C--H C-H AFm AFt FeHP MgHP andere Poren Indize Anteil ϕ k in Vol-% Dichte ρ,k in kg. m ) ) Poren volltändig mit Waer gefüllt Diee 0 Hauptbetandteile betehen jeweil au einer großen Anzahl von chemichen Komplexverbindungen, die aber untereinander ähnliche phyikalich-chemiche Eigenchaften aufweien. Der Anteil dieer im augehärteten Zementtein vorliegenden Hauptbetandteile it von vielen Faktoren abhängig (Waer-Zement-Verhältni, Umgebungfeuchte bei Erhärtung, Wärmeleitungbedingungen uw.). Exemplarich ind in Tabelle 3.4 diee Zementteinhauptbetandteile noch einmal mit ihrem Volumenanteil und ihren Dichten zuammengefaßt. Mit bekanntem Volumenanteil und Dichte jeder Komponente läßt ich nun durch ρ ρ ϕ, p, ge, k k k (3.05) die Geamtdichte de Zementtein abchätzen. Man erhält, unter der Vorauetzung, daß alle Poren volltändig mit Waer gefüllt ind, eine poröe Fettoffdichte von etwa ρ,p,ge 87 kg. m -3. E wurde für abgebundenen reinen Zementtein (ohne and und Zuchlagtoffe) praktich eine poröe Fettoffdichte von ρ,p,ge 80 kg. m -3 mit einem Flüigkeitpyknometer gemeen, welcher der theoretich ermittelten recht nahe kommt. Von dieem Zementtein ind die Zuchlagtoffe zu trennen. Die Dichten der verchiedenen Zuchlagtoffe ind in Tabelle 3.5 wiedergegeben: Tabelle 3.5: Richtwerte der reinen Fettoffdichten von Betonzuchlag Geteinart Fettoffdichte in kg. m -3 Quarzitiche Getein Kalktein AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

16 Geteinart Fettoffdichte in kg. m -3 Granit Gabbro Diaba Baalt Hochofenchlacke Für eine Zuchlagammelprobe wurde au mehreren Einzelproben eine mittlere Dichte von 540 kg. m -3 ermittelt. Für die ich darau ergebenden Geamtdichten von (teilweie) aufgechloenem Beton wurden Dichteklaen nach Tabelle 3.6 definiert: Tabelle 3.6: Dichteklaen von Beton Dichtebereich in kg. m -3 < 900 reiner Zementtein Inhalttoffe 900 bi 300 Zementtein und verwachene andanteile 300 bi 500 grobe Zuchlagtoffe mit 0 bi 50 % anhaftendem Zementtein und andanteilen 500 bi 700 weitetgehend reine Zuchlagtoffe (Kie, plitt) 53 Modellierung der Prozeßgüte Da bekannte Trennmodell der turbulenten Quertromhydroklaierung (upenionanzapfmodell, iehe VO MVT Abchnitt 4.3, Gln. (4.98) und (4.99b) gibt an: T(d / d T) α d d T ( V F / V ( / ) + G ) (3.06) V F Feingutupenionvolumentrom V G Grobgutupenionvolumentrom ( VF 3 VG ) ( 3 V V ) / α d ln / ( 5 κ d 75 ln F / G Typiche Werte der Trennchärfe für V F / V G (3.07) 4 liegen bei: / d ( ) 5 ln 4 / 3 ) für α, laminare Umtrömung it κ ( ) 0, 34 d 75 ln 3 4 und für V / V 0 it ( ) F G κ d 5 ln 0 / 3 d ( ) 0, 6 ; 75 ln 30 d ( ) 5 ln 4 / 3 ) für α, im Übergangbereich it κ d ( ) 0, 6; 75 ln 3 4 d ( ) 5 ln 4 / 3 3) für α /, turbulente Umtrömung it κ d ( ) 0, ln 3 4 AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

17 E läßt ich unmittelbar au dieer Beziehung ableen, daß je größer da Verhältni V / V it deto teiler it die Trennfunktion und deto beer it F G die Trennchärfe. Im TOKE-Bereich der Klaierung hat die Trennchärfe - mittlerer Antieg der Trennfunktion im Bereich zwichen d 5... d 75 - den höchten Wert. Diee Erkenntnie ollen nun mit Hilfe der Gl.(3.0) und V V V A >> G auf die Dichteortierung in der chwertrübe übertragen werden; Vorrauetzung it hier allerding ρ, p ρtr und ρ, p, T ρtr : α+ + α α α 3 α d ρ p ρ 3 Tr p, ρ, ρtr d T p T ρ ρtr ρ p T ρ,,,, Tr Damit folgt für die ortier-trennfunktion de chwergute ρ, p ρ Tr T α ρ, p, T ρ Tr + ρ, p ρtr 3 V ρ, p, T ρtr + V Typiche Werte der Trennfunktion treten auf bei: ) ( ρ, p ρtr ) / ( ρ, p, T ρtr ) 0 ; d.h. ρ, p ρtr V V T( 0) R m + V / V V + V V!!! A ( ) ) ( ρ, p ρtr ) / ( ρ, p, T ρtr ) T ( ) ; d.h. ρ p ρ 0 50 % + V / V ( ) 3) ( ρ, p ρtr ) / ( ρ, p, T ρtr ),, p, T ; d.h. ρ, p >> ρtr T( ) 00 % + ( V / V ) + / ( V / V ) + 0 Die Trennchärfe it dann auch: ( ρ, p, ρtr ) ( ρ, p, T ρtr ) ( V V ) ( 3 V V ) 3 α+ 3 3 α+ (3.0a) (3.08) κ d ln / ( 5 5 ) d ln / (3.09) ln ( 4 / 3) ) für α laminare Umtrömung it κ ln( 3 4) 0, 6 ; 3/ ln ( 4 / 3) ) für α, im Übergangbereich it κ ( ) ln 3 4 0, 04 ; ln ( 4 / 3) 3) für α /, turbulente Umtrömung it κ ln( 3 4) 0, 034 und für V / V ( ) κ ln 0 / 3 ln( 30) 0, 5 owie für V / V ( ) κ ln 0 ln( 90) 0, 6 ; 54 AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

18 Wie bei der Klaierung it für den ortierprozeß die Trennchärfe bei laminarer Umtrömung am höchten. Der Abolutwert von κ lam 0,6 liegt aber um den Faktor 3 geringer al bei der laminaren Klaierung κ lam 0,34. Die ortierung im turbulenten Umtrömungbereich it hier nur innvoll, wenn der Unterlauf bzw. der chwerguttrom V minimiert werden kann, d.h. V / V. Darüber hinau ind neben einer akzeptablen Trennchärfe noch die Retgehalte an tör- oder chadtoffen im Werttoff (ink- oder chwergut) zu bewerten und mit den geforderten Grenzwerten zu vergleichen: m, k µ, k < µ, k, Grenz (3.0) m m m,k Mae chwergut Mae tör- oder chadtoff 55 Prozeßgrößen REYNOD-Zahl de Prozeßraume eine Apparate oder Machine n D ρ ηtr Drehzahl z.b. eine Trommelcheider Trommeldurchmeer Re Tr Tr Tr n D Tr (3.) FROUDE-Zahl (Bechleunigungvielfache) der äußeren Partikelchicht im Prozeßraum v DTr Fr n (3.) g g charakteritiche Prozeßraumlänge g chwerebechleunigung kritiche Drehzahl n krit n krit π g D Tr (3.3) trennflächenbezogener Fettoffdurchatz, iehe auch Abchnitt 4.3 VO MVT und Gl.(4.9) m A m m A, A c, v ϕ T c, H * uh / (3.4) A A c, u h charaktritiche chwergutkonzentration in der Trübe Trübehorizontaltrom de eichtgute, 0,...0,4 m/ H* Wehrhöhe de Horizontaltrome v ϕt tationäre Trenninkgechwindigkeit maebezogener eitungeintrag in die leere Trommel P und in die mit der Trübe gefüllten Trommel P,Tr AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

19 P m P,Tr m P, Tr m eingetragene eitung Mae de zu ortierenden Aufgabegute im Prozeßraum 56 (3.5) eerlaufarbeit W m,0 (Energieeintrag bei trübegefüllter Trommel) und maebezogene ortierarbeit (pezificher Energieeintrag, Energiediipation) W m P dt (3.6) m Prozeßraum-Geometriedaten der ortierapparate oder -machinen - Abmeungen (Trommeldurchmeer D Tr und -länge Tr ) - Abmeungimplexe, z.b. chlankheitgrad λ Tr / D Tr - Anzahl der in die ortiertrommel eingebrachten Einbauten - Abmeungimplexe, z.b. Trommelfüllunggrad Φ V Füll / V Tr (3.7) Da verfahrentechniche Fließbild einer chwertrübeanlage läßt ich in vier charakteritiche Prozee aufgliedern, Bild F 3.4: die Vorbereitung de Aufgabegute, den eigentlichen Trennprozeß, die Trüberückgewinnung und die Trübegeneration. Die Vorbereitung de Aufgabegute chließt da Hertellen für die Trennung geeigneter Partikelgrößenbereiche einchließlich der Gutentchlämmung (gegebenenfall durch Abbrauen) ein. Verarbeitbar ind Partikelgrößenbereiche, deren obere bzw. untere Partikelgröße in Abhängigkeit von der cheiderbauart (Grobkorncheider, Feinkorncheider) in einem Bereich liegt, der etwa durch 0,5 mm nach unten bzw. 500 mm nach oben begrenzt wird. Die chwimm-ink-cheider laen ich in chwerkraftcheider und Zentrifugalkraftcheider gliedern. etztere ind augeprochene Feinkorncheider (etwa 0, mm). Bei den chwerkraftcheidern bildet entweder ein konu- bzw. katenförmiger Behälter oder rotierende Trommel (Trommelcheider) den Prozeßraum. F 3.43, 3.44 Tabelle 3.7: Prozeßdaten von augewählten Trommelcheidern Anlage cheider- Bauart Aufgabegut d in mm ρ T in E T in g/ cm 3 g/cm 3 chwertoff chwertoffverlut in kg/t Trüberegeneration Bleiberg / WEMCO- Kreuth, Trommelcheider Öterr. Miková, CR TEKA- cheider Pb-Zn-Erz Fei,4 magn. Magneit Fei, 3,0 0,039 0,6 magn. verdüt AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

20 57 Anlage cheider- Bauart Aufgabegut d in mm ρ T in E T in g/ cm 3 g/cm 3 chwertoff chwertoffverlut in kg/t Trüberegeneration N. N. iderit Fei 3,0 0,3 Die trennflächenbezogenen pezifichen Durchätze betragen für chwerkraftcheider bi etwa 50 t/(m h). Die wichtigten Zentrifugalkraftcheider ind die chwertrübezyklone. ie ähneln tark den im Abchnitt 4.4. (VO MVT) beprochenen Hydrozyklon. Da zu trennende Gut (Fettoff-Vol.-Anteil 5 bi 5 %) wird gemeinam mit der chwertrübe tangential aufgegeben. Um die Entmichung der chwertrübe im Zentrifugalkraftfeld in Grenzen zu halten, it relativ feiner chwertoff notwendig. Da eichtgut wird durch die Überlaufdüe, da chwergut durch die Unterlaufdüe augetragen. Die Trennprodukte werden auf Abtropfieben enttrübt Bild F 3.4 und durch Bebrauen weitgehend von haftendem chwertoff befreit. Die bei letzterem anfallende Dünntrübe wird regeneriert, um Verunreinigungen abzucheiden und ie wieder einzudicken. Bei ferromagnetichen chwertoffen überwiegt die Regeneration auf Naßtrommel-Magnetcheidern (. Abchn ). Außerdem it noch eine präzie Regelung der Dichte der chwertrübe für da Erzielen einer aureichenden Trennchärfe erforderlich, Bild F chwimm-ink-trennung in chwertoff-aeroupenionen F 3.46, 3.47 chwimm-ink-trennung in Aeroupenionen de zu trennenden Aufgabegute F 3.48, Übergang zu chichtungtrennungen u ortieren durch etzen In einer durch einen aufwärtgerichteten Fluidtrom aufgelockerten Partikelchicht ordnen ich pezifich leichtere Körner über den pezifich chweren ein, fall die durchmichend Wirkungen in betimmten Grenzen gehalten werden. E vollzieht ich eine chichtung nach der Dichte, die von einer weiteren nach der Partikelgröße überlagert ein kann. Offenichtlich hat ich für die chichtung nach der Dichte eine periodiche Fluidiierung mittel eine pulierenden Auftrom al am wirkungvollten erwieen. Dieen Prozeß, der chon eit Jahrhunderten für die ortierung genutzt wird, bezeichnet man im deutchen prachgebrauch al etzen. Hierbei gibt man da zu ortierende Gut einem etzgutträger t auf, der au einem Rot oder iebbelag beteht (Bild F 3.49.). Durch die Öffnungen de etzgutträger trömt da Fluid periodich auf und ab, wobei deen Ge- AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

21 chwindigkeitverlauf al Funktion der Zeit z.b. inuförmig ein kann. Im Ergebni de chichtungvorgange entteht eine chichtenfolge, in der die Partikeldichten von unten nach oben abnehmen und die mit Hilfe von Autragvorrichtungen in Produkte verchiedener Dichte bzw. Qualität zerlegt werden kann (Bild F ). Al Fluid kommt hauptächlich Waer (Hydroetzmachinen), elten uft (Aeroetzmachinen) in Betracht. Die pulierende Bewegung de Fluid durch da etzbett erreicht man bei Hydroetzmachinen entweder dadurch, daß der etzgutträger im ruhenden Fluid periodich gehoben und geenkt wird (tauchetzmachine, Bild F 3.49.a) oder daß bei fettehendem etzgutträger da Fluid mittel Kolben (Kolbenetzmachine, Bild F 3.49.b), Druckluft (luftgeteuerte etzmachine, Bild F 3.49.c) oder auf andere Weie bewegt wird. Bei der etzortierung wird dem pulierenden Fluidtrom meit ein tationärer überlagert (bei Hydroetzmachinen infolge von Unterwaerzuatz). Jedoch überteigt in Hydroetzmachinen die Auftromgechwindigkeit de letzteren gewöhnlich nicht 0,6 cm/, o daß dadurch die Auflockerung nicht allein herbeigeführt werden kann. Über den Durchtrömungwidertand einer Partikelchicht bei pulierender trömung liegen gegenwärtig nur wenige Unteruchungen vor. Entprechend den Durchtrömungmodellen, iehe VO MVT , kann man für den Druckverlut etzen: p f u λ ρ * ε 3, (3.0) h d ε T wobei die Widertandzahl λ* * ε * λ* k + k (3.) Re außer von Re und ε noch zuätzlich vom Charakter der Pulbewegung (Hub, Hubzahl) abhängt. etztere gilt für tubulente Durchtrömen, weil da Pulieren den Turbulenzcharakter der trömungen im Inneren der Partikelchicht beeinflußt. Al untere Grenzbedingung, die überchritten werden muß, damit Auflockerung und der etzprozeß eintreten können, ergibt ich für laminare pulierende Durchtrömung ( λ * lam λ ; bzw. k * k lam 50 ): 3 ( ρp ρf ) dt ε h n > uw (3.) π 50 η ε h n u w etzhub Hubzahl je Zeiteinheit Auftrömgechwindigkeit de überlagerten tationären Fluidtrome bzw. h n > u uw π ( ) (3.3) 58 AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

22 Diee untere Grenzbedingung für die Auflockerung im pulierenden Fluidtrom entpricht jener unter tationären trömungverhältnien. Bei turbulenter Durchtrömung ergibt ich entprechend: ρp ρ f 3 h n > g dt w * ε w, (3.4) π k ρ * wobei λ turb f 59 und omit auch k * vom Charakter der Pulbewegung abhängen. dabei gilt allgemein: * * λ > λ und dehalb auch k >, 75. turb turb Nach oben wird der für da etzen in Betracht zu ziehende Bereich dadurch begrenzt, daß die Fluidbewegung nicht die chwerebechleunigung erreichen bzw. überteigen darf: g h n < (3.5) π Durch die Gln. (3.) bi (3.5) it omit da Intervall gekennzeichnet, in dem der etzprozeß durchzuführen it. Beim Fetlegen von Hub und Hubzahl it noch folgende zu beachten: Die etzbetthöhe wird um o größer ein müen, je gröber da Aufgabegut it, weil für jede auzutragende Produkt eine von der oberen Partikelgröße linear abhängige Mindetchichthöhe aufrechterhalten werden muß. Um eine betimmte Auflockerung zu erreichen, muß folglich die abolute Aubreitung de etzbette mit deen Höhe zunehmen. Da aber zwichen maximaler Aubreitung und dem Hub unmittelbare Wechelbeziehungen betehen, muß man beim Grobkornetzen weentlich längere Hübe und geringere Hubzahlen al beim Feinkornetzen wählen: 0, 6 h 8, d A, 95 in mm (3.6) d A,95 obere Aufgabetück- oder Partikelgröße in mm Die Partikelgrößenzuammenetzung de Aufgabegute beeinflußt da etzen in verchiedener Hinicht. Zunächt wird von ihr die ockerunggechwindigkeit u mit betimmt (Gln. (3.3) und (3.4)). Beim etzen von teinkohlen auf Hydroetzmachinen it e durchau üblich, 0, mm und (50) mm oder ogar 0, gemeinam zu etzen. Zur Beurteilung der ortierbarkeit kann man den Quotienten q heranziehen: ρ,p, ρf q (3.99) ρ ρ,p, f ρ,p,; ρ,p, chwergut- bzw. eichtgutdichte q >,5 ortierung bi zu Partikelgrößen von etwa 00 µm möglich, q >,75 ortierung bi etwa 00 µm möglich, q >,5 ortierung bi etwa,5 mm möglich, aber chwierig, q >,5 ortierung gröberen Gute noch möglich, q <,5 keine ortierung durch etzen möglich. AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

23 Die trennflächenbezogenen pezifichen Durchätze betragen für etzmachinen bi etwa 0 t/(m h) ortieren in Rinnen und auf Herden In Hydrorinnen und auf Hydroherden vollzieht ich die ortierung nach der Dichte in einer trömenden upenion, und zwar entweder in einer trömung durch einen rinnenförmigen Trennapparat (Bild F 3.45) oder in einer Filmtrömung über eine geeignete Fläche (Bild F 3.45). etztere it entweder fet gelagert (feter Herd, Bild F 3.45), wird gleichinnig (z.b. Bandherd, Bild F 3.49) oder chwingend (chüttelherd, toßherd, Bild F 3.47) bewegt. In einer Rinnentrömung tellt ich eine chichtung nach der Dichte ein, wenn die trömunggechwindigkeit entprechend gewählt und eine angemeene Vorklaierung de Aufgabegute vorgenommen worden it. Dabei wird die erforderliche Fluidiierung und chichtung de Fettoff mit Hilfe der Turbulenz der trömung und durch dynamiche Auftriebkräfte in der Grenzchicht hervorgebracht: Bewegung von Einzelpartikeln im Flüigkeittrom auf chwach geneigter Fläche Vereinfachend oll hier nur die Bewegung von Einzelpartikeln in Flüigkeittrömungen auf geneigter Flächen behandelt werden. Dabei intereieren au der icht von Tranport und ortierung vor allem die Übergänge au der Ruhelage eine Partikel, da ich im Kontakt mit dem Boden befindet, in die Gleitbewegung owie in den upenionzutand. Auf ein Partikel, da ich in einer Flüigkeittrömung auf einer geneigten Fläche befindet, wirken folgende Kräfte: a) da cheinbare (um den tatichen Auftrieb verminderte) Gewicht F * G : F * V ρ ρ g ( ) G P f b) die Widertandkraft bzw. chleppkraft der Flüigkeit F W : FW cw A P ρf ur / c) der dynamiche Auftrieb F D in der Grenzchicht infolge unymmetricher Antrömung: FD cd A P ρf ur / d) Die Reibungkraft F R : * F µ F co α c A ρ u / ( ) R w G D p f r ur u vw Relativgechwindigkeit (Antrömunggechwindigkeit) u mittlere Antrömgechwindigkeit (nicht mit u verwecheln!) AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

24 v w Partikelgechwindigkeit auf dem Rinnenboden c W ; c D Widertandbeiwerte A P angetrömte Querchnittfläche de Partikel µ w Rinnenwandreibungkoeffizient, iehe Tabelle 3.8 Tabelle 3.8 Orientierungwerte der Rinnenwandreibungkoeffizienten (Gleitreibung) von Mineralkörnern in Fluiden Mineral auf Eien auf Gla auf Holz auf inoleum 6 in Waer in uft in Waer in uft in Waer in uft in Waer in uft cheelit 0,66 0,53 0,50 0,5 0,78 0,70 0,73 0,7 Hämatit 0,66 0,54 0,36 0,47 0,80 0,,67 0,75 0,74 Quarz 0,67 0,37 0,80 0,7 0,60 0,75 0,80 0,78 omit ergibt ich für eine gleichförmige Gleitbewegung: F G inβ + FW FR 0 π πd 3 p π 3 π u r d p( ρ ρf ) g in α + cw ρ f µ w d p( ρ ρf ) g coα cd d p ρf Nach Auflöen und Umtellen erhält man darau unter Beachtung, daß für die tationäre inkgechwindigkeit v eine Korne gilt: g d ( ) 4 ρ ρf v 3 cw ρf µ w (coα in α) ur v (3.7) + µ c / c w D W Für den Fall kleiner Neigungwinkel (etwa α < 6 ) kann man in Gl. (3.7) inα vernachläigt und coα etzen, o daß ich ergibt: µ w ur v (3.8) + µ w cd / cw Nunmehr folgt wegen ur u vw für die Gleitgechwindigkeit v w eine Partikel auf dem Rinnenboden au Gl. (3.8): µ w vw u v (3.9) + µ c / c w D W Eine quantitative Auwertung der letzten Gleichung dürfte im allgemeinen wegen der Unkenntni der Widertandbeiwerte - vor allem von c D - auf Probleme toßen, wobei noch zu beachten it, daß c D mit von der Aymmetrie der Antrömung abhängt. Die größten Werte der dafür mitbetimmenden Gechwindigkeitgradienten treten in den unterten trömungbahnen auf, o daß dort auch die Maximalwerte de dynamichen Auftrieb wirken. Für die Gleitbewegung laen ich au den vortehenden Gleichungen folgende wichtige chlußfolgerungen ableiten: a) Von Partikeln gleicher Größe und Form gleiten die mit geringerer Dichte chneller al die mit höherer Dichte. AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

25 b) Bei Partikeln gleicher Dichte und Form, aber unterchiedlicher Größe, it zu beachten, daß u, d.h. die mittlere trömunggechwindigkeit im Antrömbereich, wegen de Gechwindigkeitgradienten in der Randzone für größere Partikeln auch größer al für kleinere it. Infolgedeen können größere Partikeln durchau chneller al kleinere gleiten. c) Plattige Partikeln werden langamer al rundliche gleichen Volumen gleiten, weil ertere im allgemeinen flach auf dem Boden liegen und folglich die mittlere trömunggechwindigkeit im Antrömbereich kleiner al bei den rundlichen it. Einzelpartikeln löen ich vom Boden ab, d.h. gehen in den upenionzutand über, wenn gilt: π π d F * 3 p ur G coα FD bzw. d p( ρ ρf ) g co α cd ρf 6 4 Hierau folgt für die erforderliche Relativgechwindigkeit u r : 4 d P g ( ρ ρf ) cw ur coα v co α 3 ρ c c f D oder bei hinreichend kleinem Neigungwinkel α (Ablöebedingung): cw ur v (3.30) c D D Die Bewegung eine olchen Einzelkorn wird ich, wie im Bild?? chematich dargetellt, vollziehen. obald ich da Korn vom Boden abgehoben hat, verläßt e die Grenzchicht und damit den Bereich hoher Gechwindigkeitgradienten, und der dynamiche Auftrieb geht gegen null. omit wird e wieder auf den Boden zurückfallen und ich erneut von dieem abheben, wenn der dynamiche Auftrieb wieder genügend groß it. In dieem Zuammenhang it zu beachten, daß die Grenzchichten und omit auch die dort wirkenden dynamichen Auftriebkräfte tändigen periodichen Veränderungen unterworfen ind. In einer turbulenten Fluidtrömung it aber auch noch zu berückichtigen, daß upendierte Körner den Wirkungen der trömungturbulenz augeetzt ind. Die in der VO MVT Abchnitt 4. erörterten Grundlagen über den Partikeltranport laen ich entprechend anwenden, olange die Fettoffvolumenkonzentration genügend gering it. 6 Aurütungen Der nach der Dichte gechichtete upeniontrom wird am Autragende der Rinne durch Teiler in die Trennprodukte zerlegt (Bild F 3.46). Auf der Grundlage diee an ich chon eit Jahrhunderten bekannten Wirkprinzip ind in neuerer Zeit einige leitungfähige Rinnenbauarten (Flächenrinnen, Wendelrinnen, Konurinnen F 3.46) entwickelt worden, die in der Aufberei- AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

26 63 tung mineralicher Rohtoffe im Partikelgrößenbereich zwichen 0, und 3 mm bei Vorliegen aureichender Dichtedifferenzen der zu trennenden Minerale eingeetzt werden. Der Übergang von der chichttrennung in Rinnen zur Trennung in Fluidtrömungen auf Herden it fließend, wobei jedoch auf letzteren auchließlich feine bi feinte Körnungen ortiert werden können. In Filmtrömungen treten die turbulenten Wirkungen zurück, wa für Trennungen im Fein- und Feintkornbereich unerläßlich it. tatt deen gewinnen die im Bereich de Gechwindigkeitgefälle der Grenzchicht vorhandenen dynamichen Auftriebkräfte für da upendieren der Körner an Bedeutung. Auf feten Herden (Bild F ) und Bandherden (Bild F ) werden die trömungverhältnie o eingetellt, daß e zum Abetzen de chergute auf der Herdplatte kommt, während da eichtgut überpült wird. Bei den chwingherden wird die meit rechteckige oder trapezförmige Herdplatte in ängrichtung chwingend bewegt (Bild F ). In Querrichtung it ie gering geneigt. Die Aufgabeupenion tritt au dem Katen A auf den Herd. au der Braue W wird Quertromwaer regelbar zugeführt. Auf der Herdplatte, die gewöhnlich in ängrichtung noch mit Rillen oder Riffeln verehen it, vollzieht ich dann unter der Wirkung von trömung-, Reibungund Trägheitkräften die Bewegung der Körner verchiedener Dichte in der im Bild F angedeuteten Weie. Aerorinnen und Aeroherde ähneln hinichtlich ihrer Aubildung den Hydrorinnen bzw. Hydroherden. Jedoch wird hierbei die notwendige Fluidiierung durch au dem perforierten Rinnenboden bzw. der perforierten Herdplatte auftrömende uft gewährleitet Auftrom- und Quertromortierung Unterchiedliche inkgechwindigkeiten bzw. Bewegungbahnen, die Partikeln oder tücke in einem Fluid unter der Wirkung von Feld-, trömung und Trägheitkräften erreichen bzw. zurücklegen, werden in der Aufbereitungtechnik in umfangreichem Maße bei der tromklaierung zur Erzeugung von Produkten unterchiedlicher Größenzuammenetzung genutzt (iehe VO MVT Abchnitt tromklaieren 4.3 bi 4.5). Die dafür angewendeten Wirkprinzipien laen ich jedoch auch für die ortierung einetzen, wenn die tationären inkgechwindigkeiten der nach der tofflichen Zuammenetzung zu trennenden Partikeln oder tücke hinreichend verchieden ind. Im Rahmen der Aufbereitung mineralicher Rohtoffe ind deren Möglichkeiten für toffliche Trennungen jedoch ehr bechränkt, und ie ind hierfür AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0

27 64 heute trotz mancher Anätze in den letzten Jahrzehnten nahezu bedeutunglo. Die Urache it vor allem darin zu uchen, daß bei körnigem Gut - wie e allgemeinen bei dieen Rohtoffen vorliegt - Partikelgröße und Partikeldichte allein al toffeigenchaften für die tationäre inkgechwindigkeit betimmend ind. Folglich erfordert eine toffliche Trennung dann eine ehr enge Vorklaierung de Aufgabegute durch ieben. Völlig ander it demgegenüber die ituation beim Recycling einer Reihe feter Abfalltoffe. Hier können nicht nur güntigere Vorauetzungen hinichtlich der Breite der tückgrößenverteilung (z.b. bei durch vorwiegend chneidende Beanpruchung vorbereitenden Gute) oder durch ehr hohe Dichteunterchiede (z.b. bei metallhaltigen Abfällen) gegeben ein, ondern vor allem tark augeprägte Formunterchiede (z.b. Teiltücke von Blechen, Folien, Papier u.a. neben mehr oder weniger körnigen Betandteilen) die Trennung nach der inkgechwindigkeit begüntigen. E it dehalb nicht verwunderlich, daß der Gegentrom- und Quertromortierung in neuerer Zeit vor allem im Rahmen de Recycling feter Abfälle größere Beachtung gechenkt worden it. Die Trennmodelle, die im VO MVT Abchnitt tromklaieren für die Gegentrom- und Quertromklaierung behandelt worden ind, owie die Konequenzen, die ich darau für die Prozeß- und Prozeßraumgetaltung ergeben, laen ich ohne Einchränkungen auf die ortierung übertragen, iehe auch 3.3., Gl.(3.0). Der Klaieraufwand beträgt: d i d + i ρ ρ, p,, p, ρ f ρ f α+ 3α (3.3) α ½ turbulente Partikelumtrömung α laminare Partikelumtrömung Aufgrund de vorantehend kurz Erörterten hat man beim Recycling die tationäre inkgechwindigkeit - exakter wäre e, von quaitationärer inkgechwindigkeit zu prechen - al komplexe Trennmerkmal aufzufaen, da außer von der Dichte und Größe auch tarkem Maße von der Form der tücke abhängt. Dehalb wäre e auch zweckmäßig, die Trennchärfe derartiger Trennungen auchließlich auf dieer Grundlage zu bewerten. Die tößt jedoch auf beachtliche chwierigkeiten, weil e ehr aufwendig, wenn nicht teilweie ogar unmöglich it, die inkgechwindigkeitverteilungen von Aufgabegut und Produkten experimentell zu ermitteln. Für eine Beurteilung von Trennmöglichkeiten bei augeprägten Formunterchieden können ich jedoch Vereinfachungen ergeben. o tellte BÖHME bei Unteruchungen mit verchiedenen Probekörpern (Parallelepipede und Zylinder au Metallen owie Kunttoffen) einereit und zerkleinerten plattenförmigen chrotttücken anderereit - beide im Millimeter- und Zenti- AT_RC_33 Vorleung Aufbereitungtechnik und Recycling,Jürgen Toma 4..0