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    公开号:WO1980001838A1
    申请号:PCT/EP1980/000011
    申请日:1980-02-22
    公开日:1980-09-04
    发明作者:R Sieglen；H Freund；W Heide
    申请人:Luossavaara Kiirunavaara Ab；R Sieglen；H Freund；W Heide；
    IPC主号:G01N1-00
    专利说明:
    [0001] Vorrichtung zur Gewinnung von Staub aus Mineralien
    [0002] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von
    [0003] Staub aus Mineralien. Sie dient insbesondere zur raschen Erzeugung von Staubproben für die Schnellanalyse von Mineralien bei der Prospektion, wenn Lagerstätten erkundet und bewertet wέrden, und beim Abbau von Mineralien, zum Zwecke der Qualitätskontrolle, Überwachung sowie Steuerung des Abbauvorgangs.
    [0004] Gegenwärtig werden oberirdische Mineralproben durch Prospektoren aufgrund geologischer, mineralogischer u.a. Indikatoren gesammelt. Mineralbrocken hierfür werden gegebenenfalls aus dem massiven Gestein bzw. von größeren Brocken mit einfachem Werkzeug losgetrennt. Die Erzbrocken werden morphologisch analysiert und einer chemischen Elementanalyse unterzogen. Zur Prospektion unterirdischer Lagerstätten werden Bohrproben bzw. Bohrkerne gezogen. Ebenfalls wird das während des Bohrens anfallende Mahlgut, das mit Spülmitteln aus dem Bohrloch transportiert wird, Analysenzwecken zugeführt. In beiden Fällen sind größere Mengen von bis zu einigen Kilogramm Ausgangsmaterial erforderlich, das gegebenenfalls gemahlen, getrocknet und homogenisiert wird. Ein geringer repräsentativer Bruchteil hiervon wird der Analyse zugeführt.
    [0005] Beim Abbau mineralischer Rohstoffe werden die Proben an verschiedenen Stellen, ausgehend vom Abbruchort, dem Mineraltransportstrom entnommen. Zur Qualitätsüberwachung ist eine verläßliche repräsentative Probennahme wichtig. Das bedeutet, daß als Ausgangsmenge eine große Masse an Substanz von einigen hundert Kilogramm pro Analyse gezogen werden muß, die etwa vom Förderband, aus einer Wagenladung oder Halde entnommen wird. Diese Ausgangsmenge wird gegebenenfalls in mehreren Stufen in jeweils abgetrennten Fraktionen weiterbehandelt, z.B. getrocknet, zerkleinert usw. Am Ende steht auch hier eine im Vergleich zur Ausgangsmenge geringe Menge von einigen Gramm an Substanz, die der Analyse zugeführtwird.
    [0006] Die Elementanalyse wird z.B. auf naßchemischem Weg oder mit Hilfe der Röntgenfluoreszenz durchgeführt. Beim ersten Verfahren wird die Probensubstanz in starken Säuren aufgelöst und anschließend quantitativen Testverfahren unterworfen, die den Elementanteilen des interessierenden Wertminerals angepaßt sind. Diese Verfahren umfassen einfache robuste
    [0007] Methoden für den Feldbetrieb und komplexe Methoden mit Einsatz automatisierter Apparaturen für Laboranwendung. Bei der Rδntgenfluoreszenz wird das Probenmaterial zu Tabletten gepreßt und einem automatisierten Analysengerät zugeführt. Die Probe kann auf Elemente mit Ordnungszahlen oberhalb 10 mit einer bestimmten, für das Element spezifischen Nachweis grenze analysiert werden.
    [0008] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der innerhalb sehr kurzer Zeit repräsentatives Probenmaterial gewonnen werden kann. Insbesondere soll die Probe kleine Teilchengrößen aufweisen und sich zur unmittelbaren Analyse eignen. Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese Aufgabe in technisch fortschrittlicher Weise lösen läßt, wenn die Vorrichtung aus einem Anregungsteil für mechanische Ultraschallschwingungungen und einem damit gekoppelten Meißel besteht und daß eine Saugeinrichtung zur Sammlung des erzeugten Staubes vorgesehen ist. Die vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 erläutert.
    [0009] Der Ultraschall-Anregungsteil liefert die Energie zur Anregung des Meißels zu hochfrequenten mechanischen Schwingungungen. Hierfür sind piezoelektrische oder magnetostriktive Wandler verwendbar. Der Meißel ist mit dem Anregungsteil gekoppelt und schwingt an der Spitze mit maximaler Amplitude. Die Meißelspitze besitzt eine solche Form, daß die Stauberzeugung begünstigt wird und daß die größtmögliche Menge des Staubs der Saugeinrichtung zugänglich ist. In Abhängigkeit von der Beschaffenheit des zu untersuchenden Minerals kann die Meißelspitze kalottenförmig, konisch oder abgeschrägt sein. Der Meißel kann gegebenenfalls auch Drehbewegungen durchführen.
    [0010] Das Material, aus dem der Meißel angefertigt ist, muß eine gute Wechselfestigkeit und geringe innere Verluste zeigen. Hierfür sind verschiedene Metalle, insbesondere Legierungen des Titans, geeignet. Die Meißelspitze kann. zusätzlich gegen Abrieb geschützt werden. Dies kann durch Aufbringen eines Sonderwerkstoffs, wie metall-keramische Materialien, durch Einlagerung von z.B. keramischen Schleifpartikeln oder durch Oberflächenbehandlung, wie z.B. Nitrieren oder Karburieren, erfolgen. Der Meißel kann auch vollkommen aus einem homogenen, abriebfesten, pulvermetallurgischen Sinterwerkstoff bestehen.
    [0011] Die Saugeinrichtung besteht aus dem Saugkopf, der Saugleitung und dem Staubsammelteil. Die Ansaugdüse kann dicht an die Meißelspitze geführt werden ohne diese zu berühren. Sie kann die Meißelspitze auch konzentrisch umhüllen. Die Meißelspitze kann ferner eine Bohrung enthalten, die die Ansaugdüse bildet. Der Staubsammelteil stellt in der Regel einen Filterkopf für Membranfilter dar. Zur Sammlung des erzeugten Staubes kann aber auch in der Saugleitung ein Impaktor verwendet werden. Eine Pumpen- und Kontrolleinheit dient zur Regelung der durchgesagten Luftmenge.
    [0012] Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in Schematischer Vereinfachung
    [0013] Figur 1a-c drei mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
    [0014] Figur 2a-g einige Formen für die Meißelspitze
    [0015] Figur 3 den erfindungsgemäßen Meißel mit getrennter
    [0016] Saugeinrichtung
    [0017] Figur 4 eine Schemaskizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung
    [0018] Wie aus Figur 1 hervorgeht, besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem Anregungsteil 1, einem Meißel 2 und einer Saugeinrichtung mit Saugleitung 3. Zur Erhöhung der Amplitude der Meißelschwingung ist der Querschnitt des Meißels im Vergleich zu dem Querschnitt des Anregungssystems untersetzt. Die Vorrichtung wird in der λ /4-Knotenebene durch eine Knoten halterung 4 mechanisch fixiert.
    [0019] Die Saugeinrichtung besteht aus der Ansaugdüse 5 , der Saugleitung 3 und dem Staubsammelteil. Die letztere Einheit ist in den Zeichnungen nicht dargestellt. Ebenso nicht die Pumpen-und Kontrolleinheit zur Regelung 'der durchgesaugten Luftmenge. Die Saugdüse 5 bzw. ein Teil der Saugleitung kann durch eine axiale Bohrung durch den Meißel 2 gebildet werden, wie es in Figuren 1a und 1b schematisch dargestellt ist. Gemäß Aufführungsform in Figur 1a führt die Bohrung, die einen Teil der Saugleitung 3 bildet, auch durch das Anregungssystem 1. In diesem Fall müßte der Teil 6 der Saugleitung, der die Verbindungsstelle mit dem Anregungssystem 1 bildet, aus einem elastischen Material angefertigt sein, um die Schwingungen des Anregungssystems nicht zu beeinträchtigen. In der in Figur 1 b gezeichneten Ausführungsform wird das gesaugte Gut nicht zentral durch das Anregungssystem sondern radial im Bereich des Schwingungsknotens zu einem gemeinsamen Ausgang geführt.
    [0020] in der in Figur 1c dargestellten Form umhüllt die Saugdüse 5 konzentrisch die Meißelspitze 2. Zur Ableitung des erzeugten Staubs sind auch hier verschiedene Möglichkeiten denkbar. Die Saugleitung kann sowohl in radialer als auch in axialer Richtung geführt werden. Der erzeugte Staub wird durch die Saugleitung zu einem Staubsammelteil geleitet. Der Staubsammelteil besteht entweder aus einem Filterkopf oder aus einem Impaktor für größere Staubmengen. Diese Art der Sammlung von Probenmaterial ermöglicht auch eine kontinuierliche Entnahme.
    [0021] In den Figuren 2a bis 2g werden mehrere Formen für die Meißelspitze gezeigt. Andere Möglichkeiten sind ebenfalls denkbar. Bei den Ausführungsformen in Figuren 2a, 2c und 2e wird der Staub konzentrisch um die Meißelspitze abgesaugt, während in Figuren 2b, 2d, 2f und 2g das Ansaugen durch die Spitze des Meißels vorgenommen wird.
    [0022] Der Staub kann jedoch auch unmittelbar neben der Meißelspitze abgesaugt werden, wie es in Figur 3 dargestellt ist. In diesem Fall wird die Saugleitung unter einem Neigungswinkel dicht an die Meißelspitze 2 herangeführt, ohne diese zu berühren. Der Filterkopf 6 kann sich auch nahe an der Saugdüse befinden. Diese Version hat den Vorteil, daß praktisch keine Reinigung der Saugleitung von Staubniederschlägen erforderlieh ist. Aus der in Figur 4 gezeigten Schemaskizze einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird deutlich, daß die Vorrichtung im wesentlichen zwei Einheiten umfaßt und zwar das Handgerät 8 und die tragbare Einheit 9. Das Handgerät 8 besteht aus dem Anregungsteil 1, dem Ultraschallkoppler 10 und dem
    [0023] Meißel 2. Die tragbare Einheit 9 enthält eine Steuereinheit 11 mit Batterie- 12 bzw. Netzanschluß 13, eine Saugpumpe 14 und die Saugleitung 3. Durch den Filterkopf 7 wird die Filterprobe 15 gesammelt.
    [0024] Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird Staub von sehr feiner Teilchengröße aus der Oberfläche von Mineralbrocken oder auch festen Gestein erzeugt. Die Teilchengröße liegt dabei mit großer Effizienz im Bereich einiger bis ca. 100 μm Durchmesser. Die Staubzusammensetzung ist identisch mit derjenigen des Minerals an der Stelle, an der der Ultraschallmeißel die Oberfläche berührt. In den Fällen, in denen mehrere kleinere Bereiche oder ein größerer Bereich eines Mineralgangs gewünscht wird, kann der Ultraschallmeißel nacheinander an den gewünschten Stellen angesetzt werden. Speziell zur großflächigen bzw. großräumigen Probennahme werden an einer gemeinsamen Halterung parallele Einzelvorrichtungen befestigt. Die um die Meißelspitze erzeugte, räumlich eng begrenzte Staubwolke wird in den Staubsammelteil abgesaugt. Auf diese Weise ist Stauberzeugung und Sammlung an trockenem und feuchtem Mineral möglich. Die Staubproben können auch durch Aufsaugen auf Membranfilter in eine Form gebracht werden, in der sie unmittelbar einer energiedispersiven Röntgenfluoreszenz-Analyse (EDX) zugeführt werden können.
    [0025] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist aufgrund der effektiven Stauberzeugung und der geringen erforderlichen Probensubstanzmenge eine Probenherstellung innerhalb sehr kurzer Zeit, z.B. 10 s möglich. Auf diese Weise kann eine große Anzahl von Proben pro Zeiteinheit gewonnen werden. Ferner wird das Probenmaterial unmittelbar an der Spitze des Meißels auf sehr kleine Teilchengrößen von ca. 10 bis 100 μm zerkleinert. Wenn erforderlich oder zweckmäßig wird eine Fraktion des Probenmaterials gewonnen, um beispielsweise die nachfolgende Analyse zu erleichtern. Dies läßt sich mit Hilfe eines Filters oder eines Impaktor-Einsatzes in der Saugleitung erreichen. Die gesammelten Proben geben die Elementzusammensetzung des Minerals an der Stelle wieder, an der der Meißel angesetzt wurde. Eine Verunreinigung durch das Umgebungsmaterial ist ausgeschlossen.
    [0026] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung und Sammlung von Staub aus Mineralien kann als batteriegespeiste tragbare Einheit konzipiert werden. Auf diese Weise ist eine Prospektion entlegener Vorkommen auf bequeme. Art möglich. Proben in Form von homogen belegten Staubfilterproben können somit unmittelbar z.B. in einem mobilen Feldgerät der EDX analysiert werden.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Vorrichtung zur Gewinnung von Staub aus Mineralien, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Anregungsteil (1) für mechanische Ultraschallschwingungen und einem damit gekoppelten Meißel (2) besteht, und daß eine Saugeinrichtung (3) zur Sammlung des erzeugten Staubes vorgesehen ist.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißel (2). rotierbar gelagert ist.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meißelspitze (2) kalottenförmig, konisch oder abgeschrägt ist.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugdüse (5) der Saugeinrichtung (3 ) dicht an die Meißelspitze geführt ist, ohne diese zu berühren.
    5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugdüse (5) die Meißelspitze konzentrisch umhüllt.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meißelspitze eine Bohrung enthält, die die Ansaugdüse (5) der Saugeinrichtung darstellt.
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sammlung des erzeugten Staubs in der Saugeinrichtung im Luftstrom ein Filter vorgesehen ist.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sammlung des erzeugten Staubs in der
    Saugeinrichtung ein Impaktor verwendet ist.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einzelvorrichtungen gemäß AnSprüchen 1 bis 8 auf einer gemeinsamen Halterung befestigt sind und daß zur Sammlung des erzeugten Staubs eine einzige Saugeinrichtung vorgesehen ist.
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