DE19914089A1 - Naßklassiereinrichtung mit integriertem Mahlwerk - Google Patents

Abstract

Es wird eine Naßklassiereinrichtung in Form einer Zentrifuge beschrieben. Die Naßklassiereinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß sie eine integrierte Mahleinrichtung für den abgetrennten Grobanteil aufweist, wobei der Grobanteil in der während der Reinigungsphase erzeugten redispergierten Suspension in eine in/an der eigentlichen Klassiereinrichtung angeordnete Mahlwerkkammer eingeführt wird. Die Mahlwerkkammer arbeitet vorzugsweise mit einer Drehscheibe und einer Vielzahl von Mahlperlen. Durch diese Ausgestaltung kann eine zusätzlich zur Naßklassiereinrichtung vorzusehende Mahleinrichtung entfallen.

Description

Die vorliegende Erfindung Naßklassiereinrichtung in Form einer Zentrifuge mit einem stationären Außengehäuse, einer im Außengehäuse vertikal angeordneten Schleudertrommel, einer Welle zum Rotierenlassen der Schleudertrommel, einer Suspensionszuführung, einer Abführung für die klassierte Suspension, einer Reinigungsvorrichtung und einer Abführung für die bei der Reinigung entstehende, das Sediment enthal­ tende redispergierte Suspension.

Eine derartige Naßklassiereinrichtung ist bekannt. Sie fin­ det beispielsweise zur Abtrennung des Grobanteils von Pul­ vern, wie Titandioxid, Verwendung. So finden heutzutage im­ mer mehr ultrafeine Materialien mit einer Partikelgröße zwischen 0,1-5 µm Verwendung. Derartige Partikelgrößen kön­ nen durch Feinmahlen von Rohsubstanzen erzielt werden, was jedoch mit relativ hohen Betriebskosten verbunden ist, da hierzu sehr viel Energie verbraucht wird, Kühlsysteme benö­ tigt werden, eine relativ starke Verschmutzung der Umwelt gegeben ist und ein großer Anteil von Partikeln mit Unter­ größe erzeugt wird etc. Derartige Probleme treten bei Naß­ klassierzentrifugen nicht auf. Hierbei wird der Feststoff (Pulver) mit einer Flüssigkeit (üblicherweise Wasser) in einem Vormischtank vermischt, um eine Suspension zu erhal­ ten. Die Suspension wird, falls erforderlich, in einem nachfolgenden Verdünnungstank verdünnt und dann in die als Zentrifuge ausgebildete Naßklassiereinrichtung eingeführt. Innerhalb der rotierenden Schleudertrommel werden die schwereren und gröberen Partikel schneller als die leich­ teren und feineren der Suspension radial nach außen gegen die Trommelwand geführt, wo sie sich als Sediment absetzen. Das Sediment wird in Reinigungsphasen der Naßklassierein­ richtung von der Trommelwand gelöst, wobei hierzu, je nach Ausführungsform, Reinigungsflüssigkeiten, mechanische Rei­ nigungseinrichtungen, wie Messer etc., eingesetzt werden. Das in der Reinigungsflüssigkeit redispergierte Sediment wird schließlich aus der Schleudertrommel abgeführt und beispielsweise einer getrennt angeordneten Kugelmühle zuge­ führt, in der der Grobanteil der redispergierten Suspension gemahlen wird. Die aufbereitete Suspension kann dann erneut in das System eingeführt werden, beispielsweise dem Vor­ mischtank zugeführt werden.

Die klassierte Suspension wird während dem Klassiervorgang kontinuierlich von der Naßklassiereinrichtung abgezogen und der weiteren Verwendung zugeführt.

Wie vorstehend erläutert, ist bei dieser Vorgehensweise - wenn man den Grobanteil des Sedimentes der redispergierten Suspension weiterverarbeiten will - eine von der eigentli­ chen Naßklassiereinrichtung getrennte Mahleinrichtung, bei­ spielsweise eine Kugelmühle, erforderlich. Dieser muß die redispergierte Suspension mit dem darin enthaltenen Sedi­ mentkuchen über ein Rohrsystem zugeführt werden, und die aufbereitete Suspension muß hiervon wieder über ein Rohrsy­ stem abgezogen werden. Dies ist aufwendig, so daß eine der­ artige Anlage nicht nur mit hohen Einrichtungskosten, son­ dern auch mit hohen Betriebskosten verbunden ist, da eine Kugelmühle einen hohen Energieverbrauch hat. Insbesondere treten hierbei sehr hohe Reinigungskosten bei Produktwech­ sel auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Naßklassier­ einrichtung der angegebenen Art zu schaffen, die selbst eine Aufbereitung des abgetrennten Grobanteils (Sediment­ kuchens) in der beim Reinigungsvorgang entstehenden redi­ spergierten Suspension ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Naßklassier­ einrichtung der angegebenen Art dadurch gelöst, daß sie eine Mahlwerkkammer für den Grobanteil des Sedimentes in der redispergierten Suspension aufweist.

In die erfindungsgemäß ausgebildete Naßklassiereinrichtung ist somit eine Zerkleinerungseinrichtung bzw. Mahleinrich­ tung für den Grobanteil (das Sediment) integriert, so daß der mit einer getrennt angeordneten Mahleinrichtung verbun­ dene Aufwand entfällt. Die Mahlwerkkammer für den Groban­ teil des Sedimentes ist vorzugsweise unterhalb der Schleu­ dertrommel der Naßklassiereinrichtung angeordnet, so daß die den Grobanteil (das Sediment) enthaltende und bei der Reinigung anfallende redispergierte Suspension unmittelbar aus dem Raum innerhalb des Außengehäuses in die Mahlwerk­ kammer eingeführt werden kann. Der Grobanteil wird dort entsprechend zerkleinert, und die dann erhaltene aufberei­ tete Suspension wird aus der Mahlwerkkammer abgezogen und beispielsweise wieder im Kreislauf in das System einge­ führt, beispielsweise in den Vormischtank aber auch direkt in die Schleudertrommel der Naßklassiereinrichtung.

Der hier verwendete Begriff "in die Naßklassiereinrichtung integriert" soll bedeuten, daß die Mahleinrichtung im oder am Außengehäuse der Naßklassiereinrichtung angeordnet sein kann. Sie kann aber auch im Abstand vom Außengehäuse vorge­ sehen sein, wenn sie beispielsweise von der Welle der Schleudertrommel betrieben wird. Wichtig ist, daß Klassier­ einrichtung und Mahlwerk letztendlich eine Einheit bilden.

Innerhalb der Mahlwerkkammer befindet sich mindestens ein rotierendes Element, das den Grobanteil (Sedimentkuchen) zerkleinert bzw. feinmahlt oder diesen Vorgang unterstützt. Wenn daher in dieser Beschreibung der Begriff "Mahlwerk" verwendet wird, so ist hiermit allgemein eine Einrichtung gemeint, die selbst den Zerkleinerungs- bzw. Mahlvorgang durchführt oder diesen lediglich unterstützt. Im letztge­ nannten Fall kann es sich beispielsweise um ein in der Mahlwerkkammer rotierendes Element handeln, das in der in der Mahlwerkkammer befindlichen Suspension rotiert und zu­ sätzliche Mahlelemente, wie beispielsweise Kugeln oder Per­ len, die in der Kammer frei beweglich sind, in Schwebe hält, damit diese Kugeln bzw. Perlen den eigentlichen Mahl­ vorgang durchführen können.

Zweckmäßigerweise sitzt das Mahlwerk auf der Antriebswelle für die Schleudertrommel. Schleudertrommel und Mahlwerk können somit bei dieser Ausführungsform über eine einzige Antriebseinrichtung (Elektromotor) angetrieben werden, so daß sich beträchtliche Installations- und Betriebskosten einsparen lassen.

Um zu verhindern, daß sich das Mahlwerk bei dieser Ausfüh­ rungsform immer zusammen mit der Schleudertrommel dreht, d. h. auch während des Klassiervorganges, während dem das Mahlwerk nicht benötigt wird, da keine redispergierte Sus­ pension anfällt (dies geschieht nur während der Reinigungs­ phase), ist das rotierende Mahlwerk vorzugsweise so gesteu­ ert, daß es sich nur während der Reinigungsphase der Naß­ klassiereinrichtung dreht. Dies wird zweckmäßigerweise da­ durch erreicht, daß das rotierende Mahlwerk über eine dreh­ zahlabhängige Kupplung mit der Schleudertrommelantriebs­ welle verbunden ist. Es kann dann so vorgegangen werden, daß bei hohen Drehzahlen, bei denen die Schleudertrommel den Klassiervorgang durchführt, die Mahlwerkkupplung ausge­ rückt ist, so daß sich das Mahlwerk nicht dreht, und bei niedrigeren Drehzahlen der Schleudertrommel, die während der Reinigungsphase Anwendung finden, die Kupplung einge­ rückt ist, so daß das Mahlwerk gedreht wird. Wie erwähnt, fällt in dieser Phase redispergierte, den Sedimentkuchen enthaltende Suspension an, deren Grobanteil vom Mahlwerk in der Mahlwerkkammer zermahlen werden kann.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung weist das Mahlwerk eine Drehscheibe sowie eine Viel­ zahl von Mahlperlen auf. Die Drehscheibe ist auf der An­ triebswelle für die Schleudertrommel und ist so gesteuert, daß sie während der Reinigungsphase der Naßklassiereinrich­ tung rotiert. Durch die Rotation dieser Drehscheibe in der mit der Suspension gefüllten Mahlwerkkammer werden die frei in der Kammer beweglichen Mahlperlen in Schwebe gehalten und zermahlen den Grobanteil.

Der Boden des Außengehäuses der Naßklassiereinrichtung ist zweckmäßigerweise zur Mitte hin geneigt und weist dort eine Eintrittsöffnung in die Mahlwerkkammer auf. Die während der Reinigungsphase entstehende redispergierte Suspension, die aus der Schleudertrommel austritt, kann sich somit inner­ halb des Außengehäuses durch Schwerkraftwirkung im mittle­ ren Bereich des Bodens des Außengehäuses sammeln und dort über die vorgesehene Eintrittsöffnung in die Mahlwerkkammer eindringen.

Aus der Schleudertrommel in den diese umgebenden Raum in­ nerhalb des Außengehäuses gelangt die redispergierte Sus­ pension vorzugsweise über Austrittsöffnungen, die im oberen und unteren Bereich der Schleudertrommel vorgesehen sind.

Wie erwähnt, gelangt die Suspension dann durch Schwerkraft­ wirkung in den mittleren Bodenbereich des Außengehäuses und von dort in die Mahlwerkkammer.

Dadurch, daß die Eintrittsöffnung in die Mahlwerkkammer mittig angeordnet ist, wird der eigentliche Mahlvorgang, der überwiegend im radial äußeren Bereich der Mahlwerkkam­ mer stattfindet, nicht beeinflußt. Dies trifft auch auf die Abführung der aufbereiteten redispergierten Suspension mit gemahlenem Grobanteil zu, die ebenfalls mittig in der Mahl­ werkkammer angeordnet ist. Zweckmäßigerweise umgeben die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung die Antriebswelle für die Schleudertrommel und das Mahlwerk. Die Austritts­ öffnung ist zweckmäßigerweise in bezug auf den Kammerboden erhöht angeordnet, was weiter dazu beiträgt, daß die in der Kammer befindlichen Mahlperlen nicht aus der Kammer entwei­ chen können.

Bei Beendigung der Reinigungsphase (Redispersionsphase) wird die Zufuhr an Suspension zur Mahlwerkkammer gestoppt, so daß die Mahlwerkkammer allmählich leerläuft. Die Mahl­ perlen sammeln sich dabei im unteren Bereich der Kammer an und können nicht über die Austrittsöffnung entweichen.

Wesentlich ist, daß bei der hier beschriebenen Einrichtung in der Reinigungsphase eine den Sedimentkuchen enthaltende Suspension gebildet wird. Im Normalfall wird daher der Klassiereinrichtung während der Reinigungsphase eine Reini­ gungsflüssigkeit zugeführt, die die entsprechende Suspen­ sion bildet. Unter dem hier verwendeten Begriff "Reini­ gungsvorrichtung" soll daher ganz allgemein auch eine Vor­ richtung bzw. Einrichtung verstanden werden, die lediglich zur Einführung von Reinigungsflüssigkeit dient. Mechanische Reinigungseinrichtungen, beispielsweise Messer, Kratzer, Werkzeuge zum Verwirbeln, zum Einschneiden in den Sedimen­ tationskuchen etc., können zusätzlich vorgesehen sein, ins­ besondere auch Reinigungslanzen etc.

Das rotierende Element der Mahlwerkkammer kann auch fest mit der Antriebswelle verbunden sein. Hierbei läuft somit das rotierende Element in der Klassierphase mit. Dabei ist der Raum der Mahlwerkkammer vorzugsweise ausreichend groß bemessen, so daß in der Mahlwerkkammer angeordnete Perlen sich durch Schwerkraft ablagern können, wenn keine Flüssig­ keit in der Mahlwerkkammer angeordnet ist. Bei dieser Aus­ führungsform befindet sich daher während der Klassierphase keine Flüssigkeit in der Mahlwerkkammer.

Ferner besitzt die Mahlwerkkammer zweckmäßigerweise eine Restentleerungseinrichtung mit Rückhaltesieb, die mit Hilfe eines Ventils geschlossen oder geöffnet werden kann.

Wie vorstehend erläutert, ist bei einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung die Mahlwerkkammer unterhalb der Schleudertrommel oder auch unterhalb des Außengehäuses der Klassiereinrichtung angeordnet. Bei einer anderen Ausfüh­ rungsform ist die Mahlwerkkammer oberhalb der Schleuder­ trommel vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform kann die klassierte Suspension nicht mehr durch Schwerkraftwirkung in die Mahlwerkkammer gelangen, sondern muß hochgepumpt werden.

Noch eine weitere Ausführungsform besitzt sowohl eine ober­ halb der Schleudertrommel als auch eine unterhalb der Schleudertrommel angeordnete Mahlwerkeinrichtung. Hierbei kann die oberhalb der Schleudertrommel angeordnete Mahl­ werkeinrichtung zum Anmahlen bzw. Vorzerkleinern der gesam­ ten Suspension verwendet werden, während die unterhalb an­ geordnete Mahlwerkeinrichtung zur Zerkleinerung nur des Grobanteils der Suspension eingesetzt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spieles im einzelnen beschrieben. Die einzige Figur zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Naßklassier­ einrichtung mit integrierter Mahleinrichtung.

Die in der Figur dargestellte Naßklassiereinrichtung 1 besitzt ein Außengehäuse 2, in dem eine Schleudertrommel 3 in Vertikalanordnung vorgesehen ist. Die Schleudertrommel 3 ist mit Hilfe einer Nabe 6 an einer sich vertikal durch das Außengehäuse 2 erstreckenden Antriebswelle 7 befestigt. Die Antriebswelle 7 wird von einem geeigneten Elektromotor (nicht gezeigt) angetrieben, so daß sie die Schleudertrom­ mel 3 in Drehungen versetzt. Bei 8 ist ein entsprechendes Wellenlager dargestellt.

Auf der Oberseite des Außengehäuses 2 befindet sich eine Feststoffeinführung 9, die für das Klassieren keine Bedeu­ tung hat. Eine zu klassierende Suspension wird über eine ebenfalls an der Oberseite des Außengehäuses angeordnete Suspensionszuführung 10 in die Schleudertrommel 3 einge­ führt. Diese Suspension kann beispielsweise in einem vorge­ schalteten Behälter hergestellt worden sein. Die Suspen­ sionszuführung 10 an der Oberseite des Außengehäuses 2 dient ebenfalls als Flüssigkeitszuführung 10, mittels der eine Reinigungsflüssigkeit eingeführt wird.

Mit der Zuführung 9 wird ein Feststoff eingeführt, wenn die Naßklassiereinrichtung als Dispergiereinrichtung zur Her­ stellung der Suspension dienen soll. Hierbei wird die zu klassierende Suspension selbst in der Klassiereinrichtung hergestellt. Die erforderliche Flüssigkeit wird dabei über die Flüssigkeitszuführung 10 eingeführt, wobei eine geeig­ nete Dispergiervorrichtung 11 die zu klassierende Suspen­ sion herstellt.

Für den vorliegenden Fall sei davon ausgegangen, daß über die Zuführung 10 bereits die zu klassierende Suspension eingeführt wird.

Die Schleudertrommel 3 hat durch horizontale Trennwände 4 voneinander getrennte Kammern 5, die zur Aufnahme des abge­ trennten Grobanteils (Sedimentes) dienen. Der Grobanteil lagert sich dort ab, weil er durch die beim Rotieren der Schleudertrommel entstehenden Zentrifugalkräfte nach außen geschleudert wird. Die nach dem Abtrennen des Grobanteils verbleibende klassierte Suspension wird über z. B. eine Lei­ tung 22 abgezogen.

Zur Inbetriebnahme der Naßklassiereinrichtung wird die Schleudertrommel auf die Klassierdrehzahl gebracht, wonach kontinuierlich zu klassierende Suspension eingefüllt wird. Bei diesem Vorgang wird Sediment in den Kammern 5 abgela­ gert.

Um das abgelagerte Sediment aus den Kammern 5 zu entfernen, wird eine Reinigungsphase durchgeführt. Hierbei wird die Drehzahl der Antriebswelle 7 abgesenkt, und über die Zufüh­ rung 10 wird eine Reinigungsflüssigkeit in die Schleuder­ trommel 3 eingeführt, und zwar über eine axial angeordnete Flüssigkeitsleitung 12, wobei die Reinigungsflüssigkeit am unteren Ende 13 der Flüssigkeitsleitung bzw. über Öffnun­ gen, die über deren Länge verteilt sind, austritt. Das die Flüssigkeitsleitung 12 bildende Element ist ferner mit seitlich ausklappbaren Messern 14 versehen, die in der Fi­ gur im ausgeklappten Zustand dargestellt sind. Diese Messer schneiden im ausgeklappten Zustand in das abgesetzte Sedi­ ment ein und lösen auf diese Weise in Verbindung mit der eingeführten Reinigungsflüssigkeit den Sedimentkuchen ab.

Der abgelöste Sedimentkuchen und die Reinigungsflüssigkeit bilden eine redispergierte Suspension, die die Schleuder­ trommel 3 am oberen und unteren Ende verläßt, wie bei 16 gezeigt. Diese Suspension gelangt über den zwischen dem Außengehäuse 2 und der Schleudertrommel 3 befindlichen Raum 23 nach unten, sammelt sich im mittleren Bereich des Gehäu­ ses und gelangt von dort über eine Eintrittsöffnung 17 in eine unter dem Außengehäuse 2 angeordnete Mahlwerkkammer 18. Die Mahlwerkkammer 18 enthält eine Drehscheibe 19, die mit der Antriebswelle 7 über eine drehzahlabhängige Kupp­ lung (nicht gezeigt) verbunden ist. Die Kupplung ist dabei so eingestellt, daß sich die Drehscheibe 19 während des Zentrifugierbetriebes (Absetzphase des Sedimentes) nicht zusammen mit der Antriebswelle 7 dreht, sich jedoch zusam­ men mit dieser bei niedrigeren Drehzahlen während der Rei­ nigungsphase dreht. Während der Reinigungsphase ist daher die Mahlwerkkammer 18 mit redispergierter Suspension ge­ füllt, die durch die rotierende Drehscheibe 19 agitiert wird. Durch diesen Effekt werden in der Mahlwerkkammer 18 befindliche Mahlperlen 20 in Schwebe gehalten, die den in der Suspension befindlichen Grobanteil zermahlen. Die auf­ bereitete Suspension gelangt schließlich über eine mittig und erhöht angeordnete Austrittsöffnung 21 aus der Mahl­ werkkammer 18 heraus. Sie kann dann im Kreislauf wieder in die Schleudertrommel zurückgeführt werden.

Mit 24 ist eine Abführung für zu klassierende Suspension bezeichnet, die zur Anwendung gelangt, wenn die Suspension selbst in der Einrichtung hergestellt wird. Mit 25 ist eine Restentleerung mit Sieb (Perlen) der Mahlwerkkammer be­ zeichnet.

Claims (10)

1. Naßklassiereinrichtung in Form einer Zentrifuge mit einem stationären Außengehäuse, einer im Außengehäuse vertikal angeordneten Schleudertrommel, einer Welle zum Rotierenlassen der Schleudertrommel, einer Suspen­ sionszuführung, einer Abführung für die klassierte Suspension, einer Reinigungsvorrichtung und einer Ab­ führung für die bei der Reinigung entstehende, das Se­ diment enthaltende redispergierte Suspension, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mahlwerkkammer (18) für den Grobanteil des Sedimentes in der redispergierten Suspension aufweist.

2. Naßklassiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mahlwerkkammer (18) unterhalb der Schleudertrommel (3) angeordnet ist.

3. Naßklassiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mahlwerk ein rotierendes Ele­ ment, insbesondere eine Drehscheibe (19), sowie eine Vielzahl von Mahlperlen (20) aufweist.

4. Naßklassiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das rotierende Element auf der An­ triebswelle (7) für die Schleudertrommel (3) sitzt.

5. Naßklassiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (15) des Außengehäuses (2) zur Mitte hin geneigt ist und dort eine Eintrittsöffnung (17) in die Mahlwerkkammer (18) aufweist.

6. Naßklassiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuder­ trommel (3) im oberen und unteren Bereich eine Aus­ trittsöffnung (16) für die redispergierte Suspension aufweist.

7. Naßklassiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlwerk­ kammer (18) eine mittige Abführung (21) für die auf­ bereitete redispergierte Suspension aufweist.

8. Naßklassiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Element (Drehscheibe (19)) so gesteuert ist, daß es sich nur während der Reinigungsphase der Naßklassier­ einrichtung dreht.

9. Naßklassiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Element (Drehscheibe (19)) über eine drehzahlabhängige Kupplung mit der Schleudertrommelantriebswelle (7) verbunden ist.

10. Naßklassiereinrichtung nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Element fest mit der Antriebswelle (7) verbunden ist.