Prof. Dr. Holger Lieberwirth und Mathis Reichert
GUTBETTZERKLEINERUNG –ENERGIESPARENDE TECHNOLOGIEN ZUR FEINZERKLEINERUNG
INSTITUT FÜRAUFBEREITUNGSMASCHINEN
Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Bruchphänomene bei der Druckbeanspruchung
Definition eines Gutbettes
Beanspruchung eines Gutbettes
Vorteile der Gutbettzerkleinerung
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Wälzmühlen
Gutbettwalzenmühlen
Zusammenfassung
2
Gliederung
TU Bergakademie Freiberg | Institut für Aufbereitungsmaschinen | Lampadiusstraße 4, 09599 Freiberg | Telefon: 03731 / 39-2528 | http://tu-freiberg.de/fakult4/iam | Vortragender: Mathis Reichert | 20.06.2014
Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Bruchphänomene bei der Druckbeanspruchung
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Primärbrüche
F
F
Feingutbereiche
Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Eine Anordnung von Partikeln bei der es zu Partikel-Partikel-Kontakten orthogonal zur Werkzeugoberfläche kommt, wird als Partikelbett oder Gutbett bezeichnet [SCHÖNERT1996].
Definition eines Gutbettes
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Klassifizierung von Gutbetten
monodispers
polydispers mit Partikeln, die beide
Werkzeugoberflächen berühren
polydispers mit Partikeln, die kleiner
sind als der Werkzeug-
oberflächenabstand
Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Eine Anordnung von Partikeln bei der es zu Partikel-Partikel-Kontakten orthogonal zur Werkzeugoberfläche kommt, wird als Partikelbett oder Gutbett bezeichnet [SCHÖNERT1996].
Definition eines Gutbettes
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Klassifizierung von Gutbetten
seitlich begrenzt seitlich unbegrenzt
Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Beanspruchung eines Gutbettes
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Kra
ft F
Hub s
Gutbetthöhe h
send smax
hend hmax 0h0
h0
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Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Beanspruchung eines Gutbettes
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Kra
ft F
Hub s
Gutbetthöhe h
send smax
hend hmax 0h0
F
h0
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Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Beanspruchung eines Gutbettes
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Kra
ft F
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Gutbetthöhe h
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hend hmax 0h0
F
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Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Beanspruchung eines Gutbettes
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Kra
ft F
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Gutbetthöhe h
send smax
hend hmax 0h0
F
h0
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Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Beanspruchung eines Gutbettes
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Kra
ft F
Hub s
Gutbetthöhe h
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hend hmax 0h0
F
h0
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Beanspruchung eines Gutbettes
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Kra
ft F
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Gutbetthöhe h
send smax
hend hmax 0h0
F
h0
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Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Beanspruchung eines Gutbettes
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Kra
ft F
Hub s
Gutbetthöhe h
send smax
hend hmax 0h0
F
h0
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Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Beanspruchung eines Gutbettes
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Kra
ft F
Hub s
Gutbetthöhe h
send smax
hend hmax 0h0
F
h0
hmax
3
Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Beanspruchung eines Gutbettes
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Kra
ft F
Hub s
Gutbetthöhe h
send smax
hend hmax 0h0
h0
hmax hend
0
100
200
300
400
500
600
700
15 20 25 30
Kra
ft F
in k
N
Hub s in mm
Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Beanspruchung eines Gutbettes
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Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Vorteile der Gutbettzerkleinerung
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niedrigerspezifischer
Energiebedarf
steile Partikelgrößen-
verteilung
guter mineralischer
Aufschluss Q3(
x) in
%
x in µm0 100 1000
0
100
50
optimalerFlotationsbereich
konventionelleZerkleinerung
Gutbett-zerkleinerung
Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Vorteile der Gutbettzerkleinerung
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niedrigerspezifischer
Energiebedarf
steile Partikelgrößen-
verteilung
guter mineralischer
Aufschluss
Quelle Material Maschine Gutbett
Maschinekonventionell
verbesserterAufschluss
Clarke1989 Zinkerz HPGR Stabmühle jaMoersky1995 Chromerz HPGR Stabmühle neinApling1997 Blei-Zink-Erz Stempelpresse Stabmühle jaHoşten1997 Chromerz Stempelpresse Stabmühle jaApling2000 Blei-Zink-Erz Stempelpresse Stabmühle jaViljoen2001 Kupfer-, Nickelerz Wälzmühle Kugelmühle jaCelik2006 Klinker HPGR Kugelmühle jaVizcarra2008 Kupfererz Stempelpresse Prallmühle jaPalm2010 Kupfererz HPGR Kegelbrecher jaVizcarra2010 Kupfer-, Zinkerz Stempelpresse Prallmühle neinChapman2011 Platinerz HPGR Kegelbrecher jaOzcan2013 Kupfererz Stempelpresse DWT jaReichert2014 Eisenerz Wälzmühle Pebblemühle ja
Literaturübersicht zum Vergleich der Aufschlussverhältnissevon Gutbettzerkleinerung und konventioneller Zerkleinerung
Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Vorteile der Gutbettzerkleinerung
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niedrigerspezifischer
Energiebedarf
steile Partikelgrößen-
verteilung
guter mineralischer
Aufschluss F F
Einzelpartikel-zerkleinerung
Gutbett-zerkleinerung
Zerkleinerung inSturzmühlen
30-60 J/m² 150-250 J/m² 350-500 J/m²
nicht machbar machbar
Flächenspezifischer Energiebedarf für die Zementmahlung
Quelle: Fuerstenau1992
Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Bruchphänomene bei der Druckbeanspruchung
Definition eines Gutbettes
Beanspruchung eines Gutbettes
Vorteile der Gutbettzerkleinerung
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Wälzmühlen
Gutbettwalzenmühlen
Zusammenfassung
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Gliederung
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Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Übersicht
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Wälzmühlen
Stempelpresse
Gutbettwalzenmühlen
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Wälzmühle
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Mühlenparameter Mahlschüsseldrehzahl Flächenpressung Staurandhöhe Volumenstrom Sichterdrehzahl Temperatur nach Mühle Mühlendifferenzdruck
Aufgabematerial
Prozess-luft
Prozessluft+ Produkt
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
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Wälzmühle
Einziehen undVerdichten
Grob-zerklein-erung
Fein-zerklein-erung
Expansion
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Wälzmühle, Luftstrommodus
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Quelle: Drunick2010
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Wälzmühle, Überlaufmodus
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Quelle: Drunick2010
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Wälzmühle, schergeminderte Beanspruchung
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Vorteile reduzierter Verschleiß reduzierter Leistungsbedarf steilere Partikelgrößenverteilung Verbesserung des Sortierprozesses
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Wälzmühle, Beispiel
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Zhairem, Kasachstan
Material Baryterz
Baujahr 2011
Schüsseldurchmesser 1,5 m
Walzen 2
max. Aufgabepartikel 50 mm
Materialfeuchte < 15%
Produkt 4% R71µm
Durchsatz 21 t/h
Spez. Arbeitsbedarf 14,5 kWh/t
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Gutbettwalzenmühle
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Mühlenparameter Flächenpressung Walzendrehzahl Nullspalt Materialsäule
Aufgabematerial
Produkt (Schülpen)
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Gutbettwalzenmühle
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Mühlenparameter Flächenpressung Walzendrehzahl Nullspalt Materialsäule
Quelle: Polysius
Quelle: Van Der Meer2010
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Gutbettwalzenmühle
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Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Gutbettwalzenmühle
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Quelle: Polysius
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Gutbettwalzenmühle
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Quelle: Kleeberg2007
FertigmahlungVormahlung CombimahlungHybridmahlung
Produkt
Aufgabe
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Gutbettwalzenmühle
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Quelle: Kleeberg2007
FertigmahlungVormahlung CombimahlungHybridmahlung
ProduktAufgabe
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Gutbettwalzenmühle
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Quelle: Kleeberg2007
FertigmahlungVormahlung CombimahlungHybridmahlung
ProduktAufgabe
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Gutbettwalzenmühle
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Quelle: Kleeberg2007
ProduktAufgabe
FertigmahlungVormahlung CombimahlungHybridmahlung
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Gutbettwalzenmühle
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Quelle: Polysius
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Gutbettwalzenmühle Wälzmühle
Beanspruchung Druck Druck + Scherung
Flächenpressung 3…4 MPa für Erze7…8 MPa für Zement 1 0,4…1,2 MPa
Partikelbelastung 50…250 MPa 2 3…25 MPa 2
Umfangsgeschwindigkeit im Walzenspalt 0,5…2,5 m/s 1 3…7 m/s
Vergleich der Beanspruchungsbedingungen
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Quellen: (1) Erpelding 2014, (2) Unland 2005
Grundlagen der Gutbettzerkleinerung
Bruchphänomene bei der Druckbeanspruchung
Definition eines Gutbettes
Beanspruchung eines Gutbettes
Vorteile der Gutbettzerkleinerung
Maschinen zur Gutbettzerkleinerung
Wälzmühlen
Gutbettwalzenmühlen
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Gliederung
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Zusammenfassung
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Nach der Einzelpartikelzerkleinerung ist die Gutbettzerkleinerung dasenergieeffizienteste Zerkleinerungsprinzip.
Die Gutbettzerkleinerung unterstützt steile Partikelgrößenverteilungen undselektive Zerkleinerung.
Industriell genutzte Maschinentypen zur Gutbettzerkleinerung sindWälzmühlen und Gutbettwalzenmühlen.
Mit Wälzmühlen können sehr große Zerkleinerungsschritte in einerkompakten Maschine erzielt werden. Sie bieten eine sehr guteProzesskontrolle und können flexibel auf sich ändernde Rahmenbedingungenreagieren.
Gutbettwalzenmühlen sind vergleichsweise einfach aufgebaut. Sie können zurFertigmahlung eingesetzt werden oder in Kombination mit einerkonventionellen Sturzmühle arbeiten.
Mit beiden Maschinentypen können Energieeinsparungen von bis zu 40%erreicht werden.
Apling1997 APLING, A. ; BWALYA, M.: Evaluating high pressure milling for liberation enhancement and energy saving. In: Minerals Engineering 10 (1997), Nr. 9, S. 1013–1022. – ISSN 08926875
Apling2000 APLING, A.C.; RAISSI, A.: Evaluation of enhanced liberation by comminution under high pressure. In: Transactions of the Institutions of Mining and Metallurgy, Section C: Mineral Processing and Extractive Metallurgy 109 (2000), S. C117–C120. – ISSN 03719553
Celik2006 CELIK, I.B. ; ONER, M.: The influence of grinding mechanism on the liberation characteristics of clinker minerals. In: Cement and Concrete Research 36 (2006), Nr. 3, S. 422–427. – ISSN 00088846
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Fuerstenau1992 FUERSTENAU, D.: Comminution: past developments, current innovation andfuture challenges. In: AusIMM Extractive Metallurgy Conference, Publ byAustralasian Inst of Mining & Metallurgy, Parkville, 1992, S. 15-21
Literatur
TU Bergakademie Freiberg | Institut für Aufbereitungsmaschinen | Lampadiusstraße 4, 09599 Freiberg | Telefon: 03731 / 39-2528 | http://tu-freiberg.de/fakult4/iam | Vortragender: Mathis Reichert | 20.06.2014
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Literatur
TU Bergakademie Freiberg | Institut für Aufbereitungsmaschinen | Lampadiusstraße 4, 09599 Freiberg | Telefon: 03731 / 39-2528 | http://tu-freiberg.de/fakult4/iam | Vortragender: Mathis Reichert | 20.06.2014
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Literatur
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