Vorrichtung zur kontinuierlichen nassen Feinstzerkleinerung von Feststoffen

Abstract

 2.1. Mit der Vorrichtung soll eine effektive Feinstzerkleinerung, d. h. ein Erreichen hoher Feinheiten bei hohen Leistungsdichten, von Feststoffen, vorzugsweise mineralischen Hartstoffen, erreicht werden, wobei der konstruktive Aufwand dafür gering sein soll und an den bewegten Teilen ohne zusätzlichen Aufwand ein Verschleißschutz entstehen soll.
2.2. Die Vorrichtung besteht aus einem das Mahlgefäß darstellenden Außenzylinder 2 und einem Innenzylinder 1, wobei zwischen beiden ein ringförmiger Mahlspalt 4 ausgebildet ist. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der Innenzylinder 1 feststehend angeordnet ist und der Außenzylinder 2 mit einer Drehzahl rotiert, die Radialbeschleunigungen größer 740 m/s² gewährleistet und daß ein ringförmiger effektiver Mahlspalt 4 zwischen Außen- und Innenzylinder durch Ablagerung 8 von Mahlkörpern und Teilchen des Mahlgutes auf dem rotierenden Außenzylinder 2 gebildet wird.
2.3. Die Vorrichtung eignet sich zur Feinstzerkleinerung von Feststoffen, vorzugsweise von mineralischen Hartstoffen, und kann überall dort eingesetzt werden, wo disperse Systeme mit Korngrößen < 5 um erzeugt werden müssen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen nassen Feinstzerkleinerung von Feststoffen, vorzugsweise von mineralischen Hartstoffen. Sie kann überall dort angewendet werden, wo disperse Systeme mit Teilchengrößen < 5 um erzeugt werden müssen.

[0002] Für die nasse Feinstzerkleinerung wurden bisher vorwiegend schnelllaufende Rührwerksmühlen verwendet. Die Forderungen nach höchsten Feinheiten mit engen Korngrößenverteilungen z. B. bei der Herstellung konstruktionskeramischer Pulver (Mohssche Härte > 5) führte zur Entwicklung von Rührwerksmühlen mit ringförmigem Mahlraumquerschnitt. Bei den sogenannten Ringspaltmühlen (DE-AS 1 184 188, DE-OS 2811 899, DE-OS 3106 062) bewegt sich in einem feststehendem äußeren Mahlgefäß ein Rotor, der so gestaltet ist, daß sich ein Ringspalt als Mahlraum ergibt. Die Vorrichtungen unterscheiden sich durch die äußere Form (zylindrisch, konisch, doppelkonisch), durch die Art der Mahlkörperabtrennung oder durch verschiedene Auskleidungen. Der Nachteil dieser Vorrichtungen besteht darin, daß die Energiedichten bei den üblichen Spaltweiten von 5 - 10 mm für eine Hartstoffzerkleinerung < 1 um noch nicht ausreichen. Desweiteren sind für die Erfüllung der hohen Reinheitsforderungen kostenintensive stoffspezifische Auskleidungen der Beanspruchungsorgane erforderlich.

[0003] Es gibt außerdem Vorrichtungen, in den zusätzlich zum Rotor auch das Mahlgefäß rotiert. Der zusätzliche Antrieb des Mahlgefäßes einer Rührwerksmühle (DE-AS 1 223 236) soll die Mahlung mit kleineren Mahlkörpern oder auch die autogene Mahlung verbessern, indem zusätzliche Zentrifugalkräfte die Mahlleistung kleinerer Mahlkörper erhöhen Bei der konischen Ringspaltkugelmühle in DE-OS 3536 454 soll das zusätzlich angetriebene Mahlgefäß ebenfalls dazu dienen, daß die Mahlleistung der Mahlperlen durch eine Intensivierung ihrer Bewegung erhöht wird.

[0004] Die Mahlperlen werden auf der Innenseite des Mahlspaltes vom Rotor und zusätzlich auf der Außenseite des Spaltes vom Mahlbehälter in Bewegung gehalten. In beiden Fällen dient das zusätzlich angetriebene Mahlgefäß nur als Hilfsmittel zur Beschleunigung kleinerer Mahlkörper oder zur Intensivierung der Mahlkörperbewegung. Die erforderlichen hohen Schergradienten sollen durch den gegenläufigen Antrieb von Rotor und Mahlgefäß, sowie eine horizontale bzw. vertikale Verstellung der Mittelachsen von Rotor und Mahlgefäß erreicht werden. Nachteilig ist hier der hohe konstruktive Aufwand für die Spalteinstellung bzw. Spaltveränderung. Eine Spaltveränderung während der Mahlung hei den üblichen Mahlkörperfüllungsgraden von 90 % in der Mühle ist ohne das Hervorrufen von Mahlkörperbruch nicht möglich. Die Lageveränderungen des inneren Rotors, die zu einem unsymmetrischen Spalt führen, haben den Nachteil, daß sich dadurch das vorteilhaft enge Beanspruchungsspektrum einer Ringspaltmühle wieder verbreitert. Ein arteigener Verschleißschutz in Ringspaltmühlen, der am bewegten Mahlgefäß durch die Betriebsweise der Mühle erreicht wird und gleichzeitig zur Erhöhung der Mahlleistung durch eine Spaltverengung führt, ist nicht bekannt.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur nassen Feinstzerkleinerung von Feststoffen, vorzugsweise mineralischen Hartstoffen, zu entwickeln, bei der die Leistungsdichte im Mahlraum gegenüber dem Stand der Technik wesentlich erhöht wird, die für die Mahlung notwendige Spalteinstellung nicht durch zusätzliche konstruktive Maßnahmen, sondern durch die Prozeßführung realisiert wird und höchste Feinheiten erzielt werden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe, ausgehend von einer Vorrichtung, bestehend aus einem Außenzylinder (2), der das Mahlgefäß darstellt, und einem konzentrisch angeordneten Innenzylinder (1), wobei zwischen beiden ein ringförmiger Mahlspalt (4) ausgebildet ist, der von einer aus Mahlgutteilchen, Mahlkörpern und Flüssigkeit bestehenden Suspension durchströmt wird, dadurch gelöst, daß der Innenzylinder (1) feststehend angeordnet ist und der Außenzylinder (2) mit einer Drehzahl rotiert, die Radialbeschleunigungen größer 740 m/s⁺² gewährleistet und daß ein ringförmiger effektiver Mahlspalt (9) zwischen Außenzylinder (2) und Innenzylinder (1) durch Ablagerung (8) von Mahlkörpern und Teilchen des Mahlgutes auf dem rotierenden Außenzylinder (2) gebildet wird. Erfindungswesentlich ist, daß der effektive Mahlspalt (9) durch Veränderung der Radialbeschleunigung und/oder des Mahlkörperteils und/oder des Durchsatzes und/oder der Ausbildung der Mahlraumwände variiert wird.

[0006] Erfindungswesentlich ist, daß der Innenzylinder (1) kühlbar ist und daß die Außenwand des Innenzylinders (1) und/oder die Innenwand des Außenzylinders (2) eine profilierte oder feinrauhe Oberfläche aufweisen.

[0007] Weiterhin ist erfindungswesentlich, daß der ringförmige Mahlspalt (4) mit 50 bis 100 % Mahlkörper gefüllt ist, die Mahlkörper aus arteigenem Material bestehen, der Mahlkörperdurchmesse vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,6 mm liegt und die Innenwand des Außenzylinders einen autogenen Verschleißschutz durch die Ablagerung (8) aus Mahlkörpern und Teilchen des Mahlgutes aufweist.

[0008] Erfindungswesentlich ist weiterhin, daß die Breite des effektiven Mahlspaltes (9) das 3- bis 5- fache des Mahlkörperdurchmessers beträgt.

[0009] Bei verschiedenen Abmessungen des ringförmigen Mahlspaltes (4) der Mühle wird mit einem konstanten effektiven Mahlspalt gearbeitet. So kann bei einem ringförmigen Mahlspalt (4) der Mühle von 2 bis 5 mm mit einem konstanten effektiven Mahlspalt (9) von 1,5 bis 2 mm, der das 3- bis 5- fache des Mahlkörperdurchmessers beträgt, gearbeitet werden, wenn der Suspensionsansatz für die Mahlung mindestens soviel Mahlkörper enthält, wie einer 100 %igen Füllung des jeweiligen Mahlspaltes mit Mahlkörpern entspricht. Im effektiven Mahlspalt (9) werden höchste Schergradienten erzeugt, die die Voraussetzung für eine intensive Feinstzerkleinerung darstellen. Ein Teil der Mahlkörper befindet sich immer in der festen Ablagerung (8), der Rest ist im Spalt frei beweglich und läuft mit der Mahlgutsuspension um. Da keine Mahlkörper-Mahlgut-Trennung in der Mühle stattfindet, wird die Größe der verwendbaren Mahlkörper nicht durch eine Trenneinrichtung in der Mühle bestimmt, und es ist vorteilhaft möglich, mit sehr kleinen Mahlkörpern und somit einem günstigen Größenverhältnis von Mahlkörpern zu Mahlgutteilchen zu arbeiten. Durch die Variation des Mahlkörperanteils im Suspensionsansatz und eine Zugabe von Mahlkörpern während der Mahlung kann die Breite des ringförmigen effektiven Mahlspaltes (9) gewählt und auch während der Mahlung verändert werden.

[0010] Der Aufbau der festen Ablagerung (8) an der Innenwand (1) des rotierenden Mahlgefäßes ist an eine zylindrische Form des Mahlgefäßes gebunden, da über die gesamte Höhe des Außenzylinders (2) konstante Zentrifugalkräfte wirken und der Aufbau einer rotationssymmetrischen Ablagerung (8) mit nahezu konstanter Schichtdicke über die Höhe des Mahlgefäßes möglich ist. Eine profilierte oder feinrauhe Oberfläche der Innenwand des Außenzylinders (2) unterstützt den Aufbau der Ablagerung (8) einer Mahlkörper-Mahlgutschicht. Gegenüber dem Stand der Technik weist die Erfindung folgende Vorteile auf:

- Erreichen höherer Feinheiten

- Erreichen einer hohen Leistungsdichte

- Spalteinstellung nicht durch zusätzliche konstruktive Mittel, sondern durch die Prozeßführung

- Spaltveränderung während der Mahlung

- Verschleißschutz der bewegten Teile durch die sich aufbauende Schicht; auch arteigen möglich und damit problemlose Anpassung an jeden beliebigen Stoff möglich

- Einsatz sehr kleiner Mahlkörper möglich

- einfache Materialzufuhr über den feststehenden Innenzylinder

- Vereinfachung des verfahrenstechnischen Ablaufs durch die Möglichkeit, in einer Zerkleinerungsstufe die Feinstzerkleinerung durchzuführen

- einfache Kühlung des Innenzylinders.

[0011] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

[0012] Figur 1 und Figur 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Feinstzerkleinerung. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem feststehenden, profilierten Innenzylinder 1 (Außendurchmesser: 129 mm) und einem angetriebenen Außenzylinder 2 (Innendurchmesser: 135 mm), der mit 0,5 mm tiefen Längsnuten und einer speziellen abnehmbaren Abdeckung 3 versehen ist. Zwischen der Innenfläche des Außenzylinders 2 und der Außenfläche des Innenzylinders 1 wird ein ringförmiger Mahlspalt 4 von 3 mm Breite gebildet, der über den Zwischenraum zwischen den Zylinderböden mit der am Boden des Innenzylinders 1 endenden Suspensionszuführung 5 verbunden ist. Auf der Außenkante des Innenzylinders 1 befindet sich eine Abzugsvorrichtung 6 für die gemahlene Suspension. Der Innenzylinder 1 wird von Kühlwasser durchströmt (Kühlwasserzu- und -ablauf 7) und zur Suspensionszufuhr genutzt. Die Oberfläche des Innenzylinders 1 ist verschleißfest ausgeführt.

[0013] Beim Betrieb der Ringspaltmühle wird die Suspension (600 cm³), die aus dem Feststoff SiC < 20 um mit einer spezifischen Ausgangsoberfläche von 4 m²/g und einer Flüssigkeit (Wasser) mit einem Feststoffmasseanteil von 0,5 besteht, über den Innenzylinder mittels einer Pumpe oder selbstansaugend dem ringförmigen Mahlspalt 4 zugeführt. Die Suspension enthält weiterhin 380 g speziell hergestellte SiC-Mahlkörper der Größe 0,2 - 0,4 mm. Diese Mahlkörpermenge entspricht einer 100 %igen Spaltfüllung. Bei einer Drehzahl von 2000 min-¹ und einem Durchsatz von 50 I/h wird am Außenzylinder 2 eine Ablagerung 8 (bestehend aus SiC-Mahlkörpern und SiC-Mahlgut) aufgebaut, die den ringförmigen Mahlspalt 4 von 3mm Breite auf einen effektiven Mahlspalt 9 von 1,5 mm Breite (dargestellt in Figur 2) verengt. Ein Teil der Mahlkörper (ca. 10 %) läuft mit der Suspension im Kreislauf. Durch die Spaltverengung wird die Leistungsdichte im effektiven Mahlspalt 9 verdoppelt. Dadurch werden SiC-Produkte mit einer Ausgangsoberfläche von 4 m²/g auf eine spezifische Oberfläche nach BET von 20 m²/g gebracht. Dabei wird im quasikontinuierlichen Betrieb die Korngröße _X97von 16 um auf 1,6 um bei mittleren Verweilzeiten in der Mühle von 6 - 8 min reduziert. Beginnt man den Mahlvorgang mit einer geringeren Mahlkörpermenge, so ist durch die Zugabe weiterer Mahlkörper eine Veränderung der Breite des effektiven Mahlspaltes 9 während der Mahlung möglich. Außerdem kann der Anteil der verschlissenen Mahlkörper während der Mahlung problemlos ersetzt werden.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen nassen Feinstzerkleinerung von Feststoffen, bestehend aus einem Außenzylinder (2), der das Mahlgefäß darstellt, und einem konzentrisch angeordneten Innenzylinder (1), wobei zwischen Außenzylinder (2) und Innenzylinder (1) ein ringförmiger Mahlspalt (4) ausgebildet ist, der von einer aus Mahlgutteilchen, Mahlkörpern und Flüssigkeit bestehenden Suspension durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenzylinder (1) feststehend angeordnet ist und der Außenzylinder (2) mit einer Drehzahl rotiert, die Radialbeschleunigungen größer als 740 m/s² gewährleistet und daß ein ringförmiger effektiver Mahlspalt (9) zwischen Außenzylinder (2) und Innenzylinder (1) durch Ablagerung (8) von Mahlkörpern und Teilchen des Mahlgutes auf dem rotierenden Außenzylinder (2) gebildet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der effektive Mahlspalt (9) durch Veränderung der Radialbeschleunigung und/oder des Mahlkörperanteils und/oder des Durchsatzes und/oder der Ausbildung der Mahlraumwände variiert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Innenzylinder (1) kühlbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand des Innenzylinders (1) und/oder die Innenwand des Außenzylinders (2) eine profilierte oder feinrauhe Oberfläche aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Mahlspalt (4) mit 50 bis 100 % Mahlkörpern gefüllt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Außenzylinders (2) einen autogenen Verschleißschutz durch die Ablagerung (8) der Mahlkörper-Mahlgut-Schicht aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlkörperdurchmesser im Bereich von 0,1 bis 0,6 mm liegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper aus arteigenem Material bestehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des effektiven Mahlspaltes (9) das 3- bis 5-fache des Mahlkörperdurchmessers beträgt.

Zeichnung