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    公开号:WO1980001837A1
    申请号:PCT/EP1980/000010
    申请日:1980-02-22
    公开日:1980-09-04
    发明作者:H Heide；H Freund；R Koenig；R Sieglen
    申请人:Luossavaara Kiirunavaara Ab；H Heide；H Freund；R Koenig；R Sieglen；
    IPC主号:B07C5-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren zum Sortieren von groben bis feinteiligen Materialien nach ihrer chemischen Zusammensetzung
    [0002] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Sortieren von groben bis feinteiligen Materialien nach ihrer chemischen Zusammensetzung, bei dem Proben entnommen und analysiert werden und bei dem in Abhängigkeit von dem Analysenergebnis die Weiterleitung oder Weiterverarbeitung der Materialien gesteuert wird. Das neue Verfahren läßt sich beim Abbau oder bei der Verarbeitung von Mineralien, wie Erz, Kohle, Basalt, Sand usw., oder von Halbfertigprodukten, wie Mineralien in Porm von Pellets, Koks und vielen anderen Materialien einsetzen. Beim Abbau mineralischer Rohstoffe ist es im Hinblick auf den wirtschaftlichen Aufwand notwendig, eine ständige Kontrolle der Rohstoffzusammensetzung durchzuführen. Zum einen wird dabei der Anteil von Taubgestein bzw. Nutzgestein bestimmt, zum anderen ist es oft erforderlich, bestimmte störende Beimengungen unter Kontrolle zu halten. Voraussetzung für diese Messungen ist die Gewinnung einer Analysenprobe, die möglichst repräsentativ für die betrachtete Rohstoffmenge sein muß. Üblicherweise werden dabei stichprobenartig Mengen des Rohstoffes mit Hilfe einer Schaufel oder mit anderen GreifWerkzeugen entnommen. Die Probenmenge wird dann für die eigentliche chemische Analyse aufbereitet (gemahlen, homogenisiert). Zwei wesentliche Probleme treten dabei auf, nämlich
    [0003] die Gewinnung einer tatsächlich repräsentativen Probe
    [0004] und
    [0005] - die Durchführung einer Analyse in so kurzer Zeit, daß in Abhängigkeit von dem Analysenergebnis in den Weitertransport oder in die Weiterverarbeitung der Materialien eingegriffen werden kann.
    [0006] Da die gesamte Analyse (Probennahme, Aufbereitung, chemische Analyse) relativ lang dauert (mindestens 10 Minuten) ist es bisher nur möglich, in viel zu großen Zeitabständen Proben zu entnehmen und in Abhängigkeit von den Analysenergebnissen in den Prozeß einzugreifen. So hat dies z.B. beim Abbau von Eisenerz in einer großen Untertagemine eine ungewollte Aufmischung von Erzen verschieden hoher Phosphorgehalte zur Folge. Diese Aufmischung führt dazu, daß die Ausbeute an phosphorarmen Erz erheblich unter der vom geologischen Standpunkt aus möglichen liegt. Die Aufmischung geschieht bereits beim Abbau vor Ort. Das abgesprengte Erz wird mit Hilfe von Schaufelladern (der Inhalt einer Schaufel beträgt ungefähr 8 Tonnen) zu ca. 40 bis 200 m entfernten Schächten transportiert. Nur von etwa jeder 10. Schaufel wird mit Hilfe eines Greifwerkzeuges eine ca. 1 Kilogramm schwere Probe entnommen. Diese Probe wird gemahlen, gesiebt, magnetisch separiert und davon eine Teilmenge getrocknet, davon wiederum eine Teilmenge abgemessen und diese naßchemisch analysiert. Aufgrund dieses Analysenergebnisses werden bis zum Vorliegen des nächsten Analysenergebnisses alle weiteren Schaufeln in denjenigen Schacht gekippt, der für die analysierte Qualitätsstufe vorgesehen ist, obwohl sich in der Regel die Zusammensetzung des Materials von Schaufel zu
    [0007] Schaufel ändert. Im Phosphorgehalt, der die Qualität wesentlich bestimmt, können Schwankungen um den Faktor 10 bis 100 auftreten.
    [0008] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem in rascher Folge repräsentative Proben des Materials, das analysiert und sortiert weitergeleitet werden soll, entnommen und in ausreichend kurzer Zeit analysiert werden kann. Mit einem solchen Verfahren soll z.B. beim Erzabbau in der zuvor beschriebenen Weise von jeder Schaufel eine Probe entnommen und so schnell analysiert werden, daß ohne Wartezeit der Schaufelinhalt in den für diese Erzzusammensetzung bzw. für diese Qualität vorgesehenen Schacht geleitet werden kann. Dadurch ließe sich eine wesentlieh genauere Sortierung des abgebauten Materials erreichen.
    [0009] Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese Aufgabe in technisch fortschrittlicher Weise lösen läßt, wenn bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Proben in Form eines aufgewirbelten, als Nebenprodukt anfallenden oder künstlich erzeugten Gemisches aus gröberem Staub und Feinstaub aufgenommen werden, danach der gröbere Staub abgetrennt wird und wenn schließlich der zurückgebliebene Feinstaub oder eine Fraktion dieses Feinstaubes analysiert wird. Die Staubprobe kann auf Filter oder in einem kleinen Gefäß abgeschieden werden. Die Staubausbeute wird in der Regel zwischen 10 und 100 mg liegen. Als ein für die Filterproben geeignetes Aitalysenverfahren kommt dabei die Röntgenfluoreszenzanalyse in Frage. Wird die Probensubstanz in einem Behälter abgeschieden, dann kann die Analyse auch über ein angepaßtes naßchemisches Verfahren erfolgen. Bei einer Eisenerzprobe (Magnetit, Apatit) z.B. kann der Apatit, der den .qualitätsbestimmenden Phosphor enthält, durch heiße Reagenzien aufgelöst und analysiert werden.
    [0010] Weitere Elemente lassen sich über spezielle physikalische Eigenschaften, z.B. unter Ausnützung des Ferrimagnetismus beim Magnetit, analysieren.
    [0011] Eine andere geeignete Methode für die Schnellanalyse der Staubprobe ist die Plasmaemissionsspektroskopie. In diesem Fall wird der Staub entweder direkt in das Plasma eingeblasen oder vor dem Einblasen bereits verdampft. Aufgrund der kleinen Korngröße des Staubes läßt sich das Material augenblicklich verdampfen.
    [0012] Anhand der innerhalb sehr kurzer Zeit (ca. 1 min) nach Beginn der Probennahme vorliegenden Analysenergebnisse ist es möglich, noch während des Transportes der analysierten Rohstoffmenge eine Entscheidung über den weiteren Verbleib dieser Rohstoffmenge zu treffen. Außerhalb vorgegebener Qualitätsnormen liegende Mengen können verworfen oder mit entsprechend guten Mengen vermischt werden, um eine gleichbleibende Rohstoffqualität zu erzielen. Gleichzeitig können unerwünschte und später nicht mehr rückgängig zu machende Aufmischungen vermieden werden. Weitere Vorteile der Analyse der Materialien, z.B. der mineralischen Rohstoffe, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung des bei den Bearbeitungsvorgängen entstehenden oder künstlich erzeugten, auf gewirbelten Gemisches aus grobem Staub und Feinstaub liegen in - der unmittelbaren Eignung der gewonnenen Probe zur chemischen Schnellanalyse ohne Aufmahlen oder sonstige Präparation und - der verfahrenstechnisch einfach zu erzielenden Repräsentativität der Proben. - Die Repräsentativität der Probe ist im Falle stark inhomogener MaterialZusammensetzung besser als bei Proben, die auf konventionelle Weise gewonnen wurden.
    [0013] Beides zusammen führt zu einer erheblich schnelleren Analyse der Materialien verglichen mit den bekannten und heute üblichen Verfahren.
    [0014] Auch ist von Bedeutung, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren mit verhältnismäßig einfachen und wartungsarmen Apparaturen durchführen läßt.
    [0015] Nach einer vorteilhaften Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Staubgemisch bei der Probennahme durch Druckluft in der Weise erzeugt, daß während des Ladevorgangs durch mehrmaliges Anblasen der Erzladung Staub aufgewirbelt und abgesaugt wird.
    [0016] Ferner ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung möglich, gröbere Anteile aus dem Staubgemisch in einer oder mehreren Stufen durch gravimetrische Methoden und/oder mit Filtern auszuscheiden. Auch können dabei Staub-Anteile bestimmter Zusammensetzung durch magnetische oder elektrostatische Ausscheidung der anschließenden chemischen Analyse entzogen werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß eine bestimmte Korngrößenfraktion in vielen Fällen für die chemische Zusammensetzung der zu analysierenden Materialien repräsentativer ist als die übrigen Staubanteile, dies liegt z.B. daran, daß bei der Probennahme bzw. beim Aufsaugen der gröberen Staubteilchen in verstärktem Maße willkürliche Selektionsprozesse auftreten, bzw. daß feinkörniger Staub aus der Umgebung gleichzeitig auftritt. Des weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den Feinstaub auf ein Membranfilter aufzubringen und sodann das Ganze, z.B. nach Einkapseln des Filters in eine hermetisch verschließbare Kassette, zur chemischen Analyse weiterzuleiten. Der Transport solcher Proben kann mit einer Rohrpostanlage rasch und ohne Kontamination durch Umgebungsstaub erfolgen.
    [0017] Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus den folgenden Schilderungen weiterer
    [0018] Details anhand von Ausführungsbeispielen sowie aus den beigefügten Abbildungen hervor.
    [0019] Es zeigen in schematischer Vereinfachung
    [0020] Figur 1 das Prinzip einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    [0021] Figur 2 verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für die Ausbildung des Vorabscheiders der Vorrichtung nach
    [0022] Figur 1,
    [0023] Figur 3 verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für die Ausbildung des Staubabscheiders der Vorrichtung nach Figur 1,
    [0024] Figur 4 einen Schaufellader mit einer Ausführungsart der Vorrichtung nach Figur 1 und
    [0025] Figur 5 im Diagramm den gemittelten Phosphorgehalt nach her kömmlicher Methode im Vergleich zu dem erfindungsgemäß erreichten Ergebnis.
    [0026] Wie Figur 1 zeigt, wird in dem hier dargestellten Beispiel Eisenerz 1 im Schaufellader 2 zu den Sammelschächten 4 bis 6 transportiert. Beim Laden des Erzes 1 in die Schaufel 2' wird in dieser Ausführungsart der entstehende Staub 3 mit Hilfe eines Staubsammelkopfes 8 angesaugt. Die Einheit 12 symboli siert eine Saugpumpe. Steht an der Meßstelle nicht genügend Staub zur Verfügung oder ist der natürlich anfallende Staub nicht ausreichend repräsentativ, wird die benötigte Staubmenge durch Anblasen des Erzes 1 mit Preßluft, durch in der Nähe des Staubsammelkopfes 8 angeordnete StaubsammelVorrichtungen oder dgl. erzeugt. Der Staubsammelkopf 8 enthält zweckmäßigerweise einen (hier nicht gezeigten) Vorfilter, um bereits an dieser Stelle die maximale Korngröße der Probe festzulegen.
    [0027] Je nach Art des zu untersuchenden Materials werden in dem anschließenden Separator 9 (siehe auch Figur 2) Staubanteile mit bestimmten Eigenschaften vor der weiteren Untersuchung abgetrennt. Der verbleibende Staub wird dann in dem Luftstrom mit Hilfe eines Staubabscheiders 10 (siehe auch Figur 3) entnommen. Der Staubträger - ein Staubfilter oder ein Gefäß, je nach Ausbildung des Staubabscheiders 10 - wird sodann einem Schnellanalysengerät 11 zugeführt.
    [0028] Der Ablauf des gesammten Vorgangs von der probennahme bis zur Schnellanalyse (Beginn und Ende des Saugvorgangs, Synchronisation mit einem Anblasegerät oder mit einem Mahlwerkzeug zur Erzeugung des Staubs, Betrieb des Separator, Luftdurchsatz sowie Zuführung und Entnahme der Proben) wird hier durch die symbolisch dargestellte Steuerung 13 geregelt und kann in rascher Folge wiederholt werden.
    [0029] Das Analysenergebnis enthält die Aussage über die weitere
    [0030] Behandlung des in dem Schaufellader 2 befindlichen Minerals 1. In dem skizzierten Ausführungsbeispiel entscheidet das Ergebnis der Schnellanalyse in der Stufe 11 über die weitere Behandlung des in dem Schaufellader 2 befindlichen Minerals. Das Ergebnis der Schnellanalyse wird in der Steuereinheit 14 ausgewertet, mit deren Hilfe das Mineral 1 je nach "Qualitätsstufe" in den Schacht 4, 5 oder 6 weitergeleitet wird. Figur 2 dient zur Veranschaulichung der unterschiedlichen Prinzipien, auf den die Staubtrennung im Separator 9 beruhen kann. Im Beispiel a) wird von der gravimetrischen Trennung Gebrauch gemacht, während im Falle b) magnetisch und im Beispiel c) elektrostatisch Anteile abgesondert werden; in der Praxis wird in der Regel eine spezifische Methode oder eine Kombination mehrerer Methoden angewendet.
    [0031] Als Staubabscheider 10 läßt sich z.B. gemäß Beispiel 1a in Figur 3 eine Filterabscheideanordnung oder ein Zyklon oder
    [0032] Impaktor (Figur 3a) einsetzen. Das mit dem zu untersuchenden Staub belegte Filterblatt 15 (Figur 3a) des Staubabscheiders 10 wird vorzugsweise in einen Behälter eingekapselt und mit diesem Behälter zur Schnellanalyse in die Stufe 11 weitergeleitet.
    [0033] Einen im Erzabbau verwendeten Schaufellader mit einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt Figur 4. Der Staubsammelkopf 8 gemäß Figur 1 ist in diesem Beispiel ein Bestandteil des Staubsammelgerätes 17. Separator 9 und Staubabscheider 10 (siehe Figur 1) sind ebenfalls in diesem Gerät 17 untergebracht. Als Saugpumpe 12 dient eine Turbine 18, die über den Schlauch 19 mit dem Staubsammelgerät 16 verbunden ist. Die Turbine 18 ist für eine Luftdurchsatzleistung von 1 bis 3,5 m3/h bezogen auf die Querschnittsfläche in cm2 des in dem Sammelgerät 17 eingelegten Membranfilters - vergleichbar mit dem Filter 15 gemäß Figur 3a - bzw. bis ca. 300 m3/h ausgelegt. Sollte der beim Verladen anfallende Staub nicht ausreichen, wird durch Aufbau einer Luftströmung über der Schaufel 7 mit Hilfe von Preßluft (die hierzu erforderlichen Einrichtungen sind herkömmlicher Natur und daher nicht gezeichnet) sichergestellt, daß auch von weiter entfernt liegenden Bereichen der Schaufel 7 Staub in das Sammelgerät 17 herangeführt wird. Dieses Sammelgerät 16 enthält ein Vorfilter mit nachfolgender Filtereinheit gemäß Figur 3a bzw. einen Impaktor gemäß Figur 3b. Aufgrund der starken Schwankungen in der mittleren Größe der Erzbrocken des zu ladenden Gutes schwankt auch die verfügbare Staubmenge stark. Durch die Anordnung der Düsen am Schaufelrand 7, mit Hilfe von Preßluft mit in diesem Beispiel 6 atü und auch durch hohe Saugleistung am Sammelgerät ist sichergestellt, daß in jedem Fall ausreichend Staubprobenmaterial gesammelt wird. Eine Saugzeit von ca. 20 sec ist bereits ausreichend, um eine genügende Menge an Staubgemisch (ca. 30 mg) für eine Analyse zu sammeln. Die Staubprobe wird anschließend an Bord des Schaufelladers mit einem speziell für diesen Fall entwickelten, auf einem naßchemischen Verfahren beruhenden Test innerhalb kurzer Zeit analysiert oder nach Entnahme der FeinstaubProbe zusammen mit dem Membranfilter in einem stationären Röntgenfluoreszenzanalysengerät innerhalb von 10 bis 50 Sekünden analysiert. Die Analysenzeiten sind bei beiden
    [0034] Analysenmethoden so kurz, daß dem Fahrer des Schaufelladers bereits vor dem Abkippen seiner Ladung mitgeteilt werden kann, welche Qualität sich gerade in der Schaufel befindet und in welchen Schacht bzw. in welche Deponie er seine Ladung abladen soll.
    [0035] Ein vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der üblichen, gegenwärtig benutzten Probennahme zeigt, daß die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Phosphoranalyse wesentlich besser ist. Basierend auf einer Versuchsreihe, die während des Erzabbaus durchgeführt wurde, lassen sich folgende Fehlerbreiten (Standard-Abweichung) für die beiden genannten Verfahren angeben:
    [0036] für die herkömmliche Standard-Methode
    und
    [0037] für das erfindungsgemäße Verfahren
    Hierbei bedeutet P = Phosphorgehalt der Schaufelladung in Gewichtsprozent (1 = 100 %) .
    [0038] Figur 5 zeigt die gemittelten Analysenwerte von Schaufelladungen sowohl für die Standard-Methode (19) als auch für das erfindungsgemäße Verfahren (20) verglichen mit den Analysenwerten der entsprechenden Wagenladungen nach Entleeren des Schachtes (21). Bei dieser Versuchsreihe wurde jede Schaufel analysiert. Während des normalen Produktionsablaufs ist es jedoch nur mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, jede Schaufel zu analysieren, da nur max. 60 sec für die Analyse zur Verfügung stehen. Tabelle 1 zeigt die Bedeutung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Ausbeute von niedrig-phosphorhaltigem Erz (0,08 % Phosphor) in einem als Beispiel untersuchten Minenabschnitt.
    [0039]
    Tabelle 1 : Ausbeute an niedrig-phosphorhaltigem Erz für verschiedene analytische Methoden und Verfahren. Die Hauptvorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich Schnelligkeit und Genauigkeit, führen deutlich sichtbar zu einer beträchtlichen Steigerung der Produktion von niedrig-phosphorhaltigen Eisenerzen.
    [0040] Auch ist es möglich, aus den Analysenwerten der Einzelschaufeln die Analysenwerten des Gesamtinhaltes der Eirizelschächte bzw. der Deponien auszurechnen.
    [0041] Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in prinzipiell gleicher Weise für die Analyse und anschließende Sortierung anderer grober bis feinteiliger Materialien verwenden. Da von der Probennahme bis zu Analyse nur eine kurze Zeitspanne (ca. 1 min) vergeht, verbleibt bei vielen Transportvorgängen genügend Zeit zur Beförderung des Materials entsprechend seiner Zusammensetzung oder seiner Qualität zur zugeordneten Lagerstelle oder zum zugeordneten Behälter.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Verfahren zum Sortieren von groben bis feinteiligen Materalien nach ihrer chemischen Zusammensetzung, bei dem Proben entnommen und analysiert werden und bei dem in Abhängigkeit von dem Analyseergebnis die Weiterleitung und/ oder die Weiterbearbeitung der Materialien gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Proben in Form eines aufgewirbelten, als Nebenprodukt anfallenden oder künstlich erzeugten Gemisches aus gröberem Staub und Feinstaub (d.h. Partikel mit Korngrößen < 200 μm) aufgenommen werden, daß der gröbere Staub abgetrennt wird und daß der gesamte Feinstaub oder eine Fraktion dieses Feinstaubes analysiert wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Probennahme das Gemisch aus gröberem Staub und Feinstaub durch Druckluft oder durch mechanische Zerkleinerung erzeugt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gröbere Staub aus dem Gemisch in einer oder mehreren Stufen durch gravimetrische Methoden und/ oder mit Filter ausgeschieden wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Staub-Anteile bestimmter Zusammensetzung durch magnetische oder elektrostatische Abtrennung ausgeschieden werden.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinstaub auf einen Membranfilter aufgebracht und zusammen mit diesem Filter zur Analyse weitergeleitet wird.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Probennahme das Gemisch aus gröberem Staub und Feinstaub aufgesaugt wird.
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