DE4028811A1 - Verfahren und vorrichtung zur klassierung von partikeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Klassierung von Partikeln.

Für bestimmte Anwendungen, beispielsweise für eine Ober­ flächenbeschichtung, ist es erforderlich, daß der für die Oberflächenbeschichtung verwendete Stoff in Form von sehr kleinen Partikeln einer bestimmten Größenordnung zur Verfügung steht. Die Größenordnung der Partikel liegt dabei im Bereich von 1 bis ca. 50 Mikrometer. Vom Hersteller wird das aus den Partikeln bestehende Pulver aber nicht immer in der erforderlichen Monodisper­ sität geliefert, d. h. es enthält Partikel, die zu groß sind, und andere Partikel, die zu klein sind. Weiterhin kann es vorkommen, daß sich Partikel zu Agglomeraten zusammenballen, was sie ebenfalls für die Weiterverar­ beitung unbrauchbar macht. Während die zu kleinen Parti­ kel in der Regel nicht weiter stören, muß man Sorge dafür tragen, daß die Partikel, die zu groß sind, zuver­ lässig aussortiert werden können. Erforderlich ist also eine scharfe Trenngrenze nach oben. Der Stoff kann ein Edelmetall, beispielsweise Gold sein. Dabei liegt jedes einzelne Partikel in einer bestimmten Form, beispiels­ weise Kugelform, vor. Insbesondere Goldpartikel reagieren sehr empfindlich auf mechanische Belastungen, so daß die Verwendung eines mechanischen Siebes, durch das die Partikel hindurch gedrückt oder geschüttelt werden, ausscheidet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen es mit geringem Aufwand und mit schonender Behandlung mög­ lich ist, Partikel oberhalb einer vorbestimmten Größe auszusortieren bzw. die Partikel nach der Größe zu klas­ sieren.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Klassieren von Partikeln gelöst, bei dem eine Dispersion aus einer Flüssigkeit und den zu klassierenden Partikeln herge­ stellt wird und die Dispersion in einem Strom zum Strömen gebracht wird, der einen ersten Abschnitt mit einer ausgeprägten Komponente entgegen der Richtung der Schwer­ kraft aufweist, in dem die Strömung laminar ist und die maximale Strömungsgeschwindigkeit geringer als die Sinkgeschwindigkeit unerwünschter Partikel ist, und einen zweiten Abschnitt, in dem die Partikel der ge­ wünschten Größe aus der Dispersion entfernt werden.

Der für das Ausscheiden der zu großen Partikel wichtigste Abschnitt ist der erste Abschnitt, in dem die maximale Strömungsgeschwindigkeit der Dispersion geringer ist als die Sinkgeschwindigkeit unerwünschter Partikel. Die Partikel wandern unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten. Die Sinkgeschwindigkeit relativ zur ruhenden Flüssigkeit der Dispersion ist dabei im wesentlich pro­ portional zum Quadrat der Partikelgröße, was aus dem Stokes′schen Gesetz folgt. Die Effektivgeschwindigkeit der Partikel ergibt sich aus der Überlagerung der Sinkge­ schwindigkeit mit der Strömungsgeschwindigkeit der Dispersion. Da größere Partikel schneller sinken als kleinere, werden, wenn die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend eingestellt ist, nur solche Partikel am Ende des ersten Abschnitts ankommen können, deren Sinkge­ schwindigkeit kleiner als die Strömungsgeschwindigkeit ist. Durch Verändern der Strömungsgeschwindigkeit läßt sich also auf einfache Art und Weise die Klassierungs­ größe verändern, d. h. die Grenze, bis zu welcher Größe Partikel ausgesondert werden oder in der Flüssigkeit belassen werden. Bevorzugterweise steht der erste Ab­ schnitt senkrecht. Am Ende des ersten Abschnitts steht also eine Dispersion zur Verfügung, in der lediglich Partikel vorhanden sind, die die vorbestimmte Größe nicht überschreiten. Hier beginnt der zweite Abschnitt des Stroms, in dem die verbliebenen Partikel, also die Partikel unterhalb der gewünschten Maximalgröße, aus der Dispersion entfernt werden.

Das Verfahren hat den Vorteil, daß man damit auch kleine Mengen des zu klassierenden Materials ohne größere Aus­ beuteverluste verarbeiten kann. Dies ist nicht nur des­ halb von Bedeutung, weil es sich um recht wertvolle Stoffe, wie Gold, handeln kann, sondern auch, weil man das Verfahren beim Experimentieren einsetzen kann, wo für jedes Experiment nur eine beschränkte Menge des Stoffs verwendet wird. Als Beispiel sei die Entwicklung eines neuen Toners für die Erzeugung von Bildern auf klebrig gemusterten Oberflächen genannt. Das Verfahren ermöglicht eine außerordentlich schonende Behandlung der Partikel. Es hat eine scharfe Trenngrenze nach oben, die ohne großen apparativen Aufwand schnell verändert werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform zum Entfernen der Parti­ kel aus der Dispersion wird dadurch realisiert, daß der zweite Abschnitt eine ausgeprägte Komponente quer zur Schwerkraft aufweist und über eine Absetzfläche geleitet wird, wobei die Strömung laminar ist. Die Parti­ kel in der Dispersion unterliegen nach wie vor der Schwerkraft. Wenn der Strom im zweiten Abschnitt also mit einer laminaren Strömung quer zur Schwerkraft fließt, werden die Partikel nicht nur mit der Strömung, sondern auch in Richtung der Schwerkraft wandern. Da der Strom über eine Absetzfläche geleitet wird, schlagen sich die Partikel auf der Absetzfläche nieder. Von dort können sie von Zeit zu Zeit entfernt werden.

Bevorzugterweise wird die Strömung in einem geschlossenen Kreislauf geführt und durch einen Thermosiphon erzeugt. Der Thermosiphon ist eine natürliche Konvektion, die in einem geschlossenen Flüssigkeitskreis entsteht, wenn Temperaturunterschiede in den vertikalen Abschnitten der Verbindungskanäle bestehen. Die durch die Konvektion erzeugte Flüssigkeitsströmung wird erzeugt, ohne daß mechanische Kräfte auf die Flüssigkeit oder die Partikel wirken, wie dies beispielsweise bei einer mechanischen Pumpe der Fall ist. Die Partikel werden also nach wie vor sehr schonend behandelt.

Bevorzugterweise wird der Strom aus einem Vorrat gespeist und wieder dorthin zurückgeleitet, der in Intervallen mechanisch gerührt und/oder mit Ultraschall beaufschlagt wird. Der Rührer sollte sich dicht über dem Boden des Vorratsgefäßes bewegen, jedoch soviel Abstand davon haben, daß keine Partikel eingeklemmt und verformt werden können. Mit diesen Maßnahmen sorgt man dafür, daß in dem Vorrat immer eine Dispersion vorhanden ist, d. h. keine Trennung von Flüssigkeit und Partikeln stattfindet, in dem sich die Partikel absetzen. Die Intervallsteuerung sorgt dafür, daß unnötige Turbulenzen im Vorrat vermieden werden. Dies erleichtert die Herstellung der laminaren Strömung im ersten Abschnitt. In den Vorrat können von Zeit zu Zeit neue Partikel eingeführt werden, wenn eine vorbestimmte Ausbeute einer vorhergehenden Füllung ausge­ siebt worden ist.

Vorteilhafterweise sind die Intervalle um einen Faktor im Bereich zwischen 5 und 100, insbesondere im Bereich von 15 bis 25, größer als die Zeitabschnitte, in denen gerührt bzw. Ultraschall erzeugt wird. Die Zeitab­ schnitte, in denen die Gefahr besteht, daß die laminare Strömung im ersten Abschnitt gestört wird, sind also relativ kurz.

Bevorzugterweise weisen die Intervalle eine Länge im Bereich von 3 bis 15 Min. auf. Die genaue Länge der Intervalle ist von der verwendeten Partikelgröße abhän­ gig. Ein Durchmischen der Dispersion sollte auf jeden Fall stattfinden, bevor sich alle Partikel am Boden des Vorrats niedergeschlagen haben. Vorteilhafterweise sollte die Rührzeit mindestens 5 bis 10 Sekunden betra­ gen. Sie sollte in jedem Fall kürzer sein als die Aufent­ haltszeit eines Volumenelements im ersten Abschnitt.

Mit Vorteil ist die Strömungsgeschwindigkeit im zweiten Abschnitt größer als im ersten Abschnitt. Dies hat den Vorteil, daß einerseits durch eine relativ langsame Strömung im ersten Abschnitt auch noch sehr kleine Parti­ kelgrößen ausgesondert werden können. Andererseits läßt sich im zweiten Abschnitt, in dem die Partikel entnommen werden, eine genauere Auflösung nach Partikelgröße errei­ chen. Auch im zweiten Abschnitt ist ja die Sinkgeschwin­ digkeit der Partikel abhängig von der Partikelgröße. Die größeren Partikel werden sich also in einem in Strö­ mungsrichtung gesehen vorderen Bereich der Absetzfläche absetzen, während die kleineren Partikel sich in Strö­ mungsrichtung weiter hinten absetzen werden. Wenn also eine zusätzliche Sortierung nach Partikelgröße erwünscht ist, läßt sich dies durch die gezielte Auswahl bestimmter Bereiche der niedergeschlagenen Partikel auf der Absetz­ fläche erreichen. Je größer die Strömungsgeschwindigkeit im zweiten Abschnitt und je länger dieser Abschnitt ist, desto größer wird die Auflösung.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die in den Vorrat zurückströmende Dispersion auf etwa die gleiche Temperatur wie der Vorrat gebracht. Dadurch vermeidet man unnötige Turbulenzen im Vorrat, die durch eine Konvektionsströmung hervorgerufen werden könnten. Auch diese Maßnahme dient dazu, die Strömung im ersten Abschnitt laminar zu halten. Der Vorrat hat bevorzugt die Temperatur der Umgebung.

Mit Vorteil wird als Flüssigkeit ein Alkohol, insbeson­ dere ein niedriger alipathischer Alkohol, z. B. Methanol, Ethanol, Propanol oder Butanol, verwendet. Die Flüssig­ keit muß die Partikel gut benetzen, damit keine Luft an ihnen hängenbleibt. Sie muß auch die Dispersion der Partikel stabil halten, so daß es nicht zu Agglomera­ tionen kommt. Schließlich ist die Flüssigkeit so zu wählen, daß ihre Strömung weit vom Turbulenzbereich entfernt bleibt. Die dazu nötigen Werte für Dichte und Viskosität ergeben sich aus den Gesetzen der Strömungs­ lehre bei Berücksichtigung der Dichte der Partikel und der gewünschten Trennschwelle.

Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zur Klassie­ rung von Partikeln gelöst mit einem Vorratsbehälter, in dem sich eine Dispersion befindet, einer im wesent­ lichen vertikal angeordneten Rohranordnung, deren unteres Ende sich im Vorratsbehälter befindet, einem Absetzbehäl­ ter mit mindestens einer im wesentlichen horizontal angeordneten Absetzfläche, der mit dem anderen Ende der Rohranordnung verbunden ist, einer Leitung, die vom Ausgang des Absetzbehälters zum Vorratsbehälter führt, und Pumpmitteln zum Erzeugen eines Dispersions- Stromes durch einen durch die Rohranordnung, den Absetz­ behälter und die Leitung gebildeten Kreislauf. Die Rohr­ anordnung bildet den ersten Abschnitt, in dem die Sinkge­ schwindigkeit der auszusortierenden Partikel größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit der Dispersion. Am Anfang des Siebvorganges werden sich daher in dem Vorratsbehälter Partikel aller Größen befinden. Da die unerwünscht großen Partikel aber aus dem Vorratsbehälter nicht heraus wandern können, werden sie sich im Vorrats­ behälter anreichern. Dafür schlagen sich die Partikel mit der gewünschten Größe im Absetzbehälter auf der Absetzfläche nieder. Von Zeit zu Zeit müssen die Partikel von der Absetzfläche entfernt werden. Zur gleichen Zeit kann man dann auch die Beladung des Vorratsbehälters erneuern oder ergänzen. Dabei kann es unter Umständen ausreichen, neues Pulver, d. h. neue Partikel, in den Vorratsbehälter einzugeben, da keine Flüssigkeit verloren geht.

Mit Vorteil weisen die Pumpmittel eine Heizeinrichtung in einem ersten Abschnitt des Kreislaufs und eine Kühl­ einrichtung in einem zweiten Abschnitt des Kreislaufes auf, wobei mindestens einer der Abschnitte nicht horizon­ tal angeordnet ist. Durch die Heizeinrichtung und die Kühleinrichtung wird ein Thermosiphon-Umlauf gebildet. Da sich die Dispersion in einem geschlossenen Kreislauf bewegt, reicht es aus, eine Veränderung des spezifischen Gewichts in einem Abschnitt zu bewirken, in dem die Flüssigkeit eine vertikale Bewegung, d. h. eine Bewegung in Richtung oder entgegen der Richtung der Schwerkraft durchführen kann. Im gesamten übrigen Kreislauf wird die Flüssigkeit nach Art von kommunizierenden Röhren nachgesaugt bzw. weggedrückt. Für einen besonders guten Wirkungsgrad des Thermosiphons sind die entsprechenden Abschnitte vertikal angeordnet. Dies ist jedoch nicht notwendig. Die Abschnitte können auch gegenüber der Vertikalen geneigt sein.

Bevorzugterweise weist die Rohranordnung eine Vielzahl von parallel angeordneten Röhrchen auf, in denen die Pumpmittel eine laminare Strömung der Dispersion erzeu­ gen. Die Röhrchen haben den Vorteil, daß sie auch dann eine laminare Strömung erlauben, wenn in dem Vorratsbe­ hälter kleinere Turbulenzen herrschen. Solche Turbulenzen sind unvermeidbar, wenn die Dispersion aus dem Kreislauf wieder in den Vorratsbehälter zurückgeleitet wird. Weiterhin reduzieren sie Ungleichmäßigkeiten der Vertei­ lung der freien Strömungsfläche und stellen eine weit­ gehend homogene Flüssigkeitsbewegung sicher. Durch die Vielzahl der parallel angeordneten Röhrchen läßt sich ein relativ großer Strömungsdurchsatz bei langsamer Strömungsgeschwindigkeit erreichen. Die Strömungsge­ schwindigkeit ist, wie erwähnt, durch die Sinkgeschwin­ digkeit der abzutrennenden Partikel begrenzt.

Bevorzugterweise weisen die Röhrchen innen eine Zylinder­ form auf. Die Zylinderform schließt die Bildung von Wirbeln, die eine laminare Strömung stören würden, weit­ gehend aus.

Auch ist von Vorteil, daß die Länge der Röhrchen das 40- bis 200fache des Innendurchmessers beträgt. Es läßt sich hier zumindest über einen Teil der Länge der Röhrchen mit hoher Zuverlässigkeit eine laminare Strömung einrichten.

Vorteilhafterweise ist am oberen Ende der Rohranordnung ein Kegel angeordnet, der den für die Dispersion zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt vermindert. Der Kegel beschleunigt die Dispersion. Die Dispersion kann also relativ langsam in den Röhrchen aufsteigen. Die Geschwindigkeit kann dabei so langsam sein, daß sie mit dem Auge fast nicht mehr wahrnehmbar ist, z. B. 5 mm/min oder weniger. Der Kegel weist an seinem unteren Ende eine größere Öffnung auf, in die die Röhrchen ein­ münden. An seinem oberen Ende weist er hingegen eine kleinere Öffnung auf, durch die die Dispersion wieder austritt. Bei konstantem Volumenstrom durch den Kegel muß der Dispersionsstrom mit einer weitaus größeren Geschwindigkeit aus dem Kegel austreten, als er einge­ treten ist. Dies erleichtert die weitere Handhabung der Dispersion, insbesondere die Umlenkung in die hori­ zontale Richtung, die für die Leitung der Strömung über die Absetzfläche erforderlich ist.

Mit Vorteil sind die Röhrchen in Bündeln zusammengefaßt. Bis zu einer gewissen Zahl lassen sich die Röhrchen in einem einzigen Bündel zusammenfassen, ohne daß man Einbußen hinsichtlich der Qualität der laminaren Strömung insbesondere im Kegel hinnehmen muß. Ab einer gewissen Anzahl kann es jedoch vorkommen, daß sich aufgrund der unterschiedlichen Entfernungen der einzelnen Röhrchen von der Mitte des Kegels und damit von dem Ausgang des Kegels Störungen in der Strömung ausbilden, die zu einer Wirbelbildung führen. Durch die Zusammenfassung einer vorbestimmten Anzahl von Röhrchen zu jeweils einem Bündel lassen sich die einzelnen Strömungen besser kontrol­ lieren.

Dabei ist bevorzugt, daß die Mittelpunkte der Bündel mit gleichem Abstand verteilt auf einer Kreislinie ange­ ordnet sind. Dies ist eine zweckmäßige Anordnung, um eine möglichst störungsfreie Strömung im Kegel zu er­ zielen.

Dabei ist bevorzugt, daß jedes Bündel eine Anzahl von Röhrchen im Bereich von 10 bis 500, insbesondere 80 bis 150, aufweist. Der Innendurchmesser der Röhrchen beträgt bevorzugt etwa 4 mm, wenn als Flüssigkeit Ethanol verwendet wird. Bei höher viskosen Flüssigkeiten kann er auch größer sein.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der Rohranordnung und dem Absetzbehälter ein Leitungskrümmer angeordnet, der die Strömung von der Vertikalen in die Horizontale umleitet, wobei der Biegeradius bezogen auf die Mitte des Leitungskrümmers kleiner als der Durch­ messer des Strömungsquerschnitts des Leitungskrümmers ist. In Verbindung mit der durch den Kegel erzeugten hohen Strömungsgeschwindigkeit kann die Strömung hier von der Vertikalen in die Horizontale umgelenkt werden, ohne daß sich eine Rückströmung nach unten ergibt. Der Leitungskrümmer ist dabei im Prinzip ein gebogenes Rohr mit einem bestimmten Durchmesser, der den Durchmesser des Strömungsquerschnitts des Leitungskrümmers definiert. Der Biegeradius beschreibt die Krümmung der gedachten Rohrachse.

Mit Vorteil ist im Kreislauf eine verstellbare Drossel­ einrichtung vorgesehen. Durch die Pumpmittel läßt sich zwar die Geschwindigkeit in weiten Bereichen einstellen. Für bestimmte Anwendungsfälle ist die Regelung über die Pumpmittel jedoch zu langsam. In diesem Fall läßt sich durch eine Drosseleinrichtung, beispielsweise ein Ventil, eine Begrenzung der Strömungsgeschwindigkeit des Dispersionsstromes erzielen.

Bevorzugterweise ist die Drosseleinrichtung in der Lei­ tung zwischen Absetzbehälter und Vorratsbehälter angeord­ net. In diesem Bereich spielen Turbulenzen, die durch die Drosseleinrichtung erzeugt werden können, keine Rolle mehr.

Vorteilhafterweise ist der Vorratsbehälter in einer temperierbaren Ultraschall-Wanne angeordnet. Die tempe­ rierbare Wanne stellt einerseits sicher, daß im Vorrats­ behälter keine thermisch bedingten Konvektionsströmungen entstehen, die zu Turbulenzen in den Röhrchen führen könnten. Andererseits ermöglicht sie die Ankoppelung von Ultraschall-Energie zum Durchmischen der Dispersion.

Vorteilhafterweise weist der Vorratsbehälter einen ange­ triebenen Rührer auf. Auch der Rührer kann zum Durch­ mischen der Dispersion verwendet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Absetzbe­ hälter mehrere parallel zueinander, übereinander angeord­ nete Platten auf, wobei jeweils zwei Platten einen Strö­ mungskanal bilden und alle Strömungskanäle in Strömungs­ richtung hintereinander angeordnet sind. Der Dispersions­ strom wird also der Reihe nach über alle Platten ge­ leitet. Die Partikel können sich an den einzelnen Platten niederschlagen. Hierbei läßt sich durch die einzelnen Platten auch eine gewisse Sortierung der Partikelgröße vornehmen. Größere Partikel werden sich auf den unteren Platten niederschlagen, d. h. am Anfang des Absetzbehäl­ ters. Kleinere Partikel werden sich dagegen auf den in Strömungsrichtung gesehen hinteren Platten nieder­ schlagen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht der Klassierungsvor­ richtung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Rohranordnung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Bündel und

Fig. 4 eine Überleitung zwischen erstem und zweiten Abschnitt des Kreislaufs.

In einer Ultraschall-Wanne 1 ist ein Vorratsbehälter 2 angeordnet. Der Vorratsbehälter 2 ist etwa zylindrisch und hat ein Volumen von ca. 20 l. Der Vorratsbehälter 2 ist in der Ultraschall-Wanne 1 von einem Wasserbad 19 umgeben. Das Wasserbad 19 dient einerseits zum Ankoppeln des von Ultraschallerzeugern 21 erzeugten Ultraschalls an den Vorratsbehälter 2, andererseits dazu, den Vorrats­ behälter 2 zu temperieren. Die Temperatur des Wasser­ bades 19 wird über einen Temperaturfühler 26 erfaßt und an eine Steuereinrichtung 20 weitergemeldet.

Im Vorratsbehälter 2 befindet sich eine Dispersion, d. h. eine Flüssigkeit mit darin schwebenden Partikeln. Die Partikel sind aus Gold und haben eine Größe von ca. 10 µm. In die Dispersion eingetaucht ist das untere Ende einer Rohranordnung 3. Am anderen Ende der Rohran­ ordnung 3 befindet sich ein Kegel 4. Am Ausgang des Kegels 4 ist ein Krümmer 14 angeordnet, der die durch die Rohranordnung 3 strömende Dispersion von der vertika­ len in die horizontale Richtung umlenkt. Der Krümmer 14 ist mit einem Eingang 5 eines Absetzbehältes 6 verbun­ den, in den die Dispersion eingespeist wird. Der Absetz­ behälter 9 weist mehrere übereinander und parallel zuein­ ander angeordnete Absetzplatten 10 auf. Jeweils zwei übereinander angeordnete Absetzplatten 10 bilden einen Strömungskanal 28. Alle Strömungskanäle 28 sind hinter­ einander angeordnet. Der Ausgang des Absetzbehälters 6 ist mit Hilfe einer Leitung 29 über ein Ventil 13 und eine Kühleinrichtung 11 wieder mit dem Vorratsbehälter 2 verbunden.

Vorratsbehälter 2, Rohranordnung 3, Absetzbehälter 6 und Leitung 29 bilden einen geschlossenen Kreislauf. Die in einem vertikalen Abschnitt des Kreislaufs, nämlich zwischen Ventil 13 und Vorratsbehälter 2, angeordnete Kühleinrichtung 11 wird über ein Ventil 22, das von der Steuereinrichtung 20 gesteuert werden kann, mit Kühlwasser in Richtung der Pfeile 30 beschickt. Flüssig­ keit, die sich in dem Leitungsabschnitt innerhalb der Kühleinrichtung 11 befindet, wird daher abgekühlt. Die Flüssigkeit der Dispersion 18 ist Ethanol, dessen spezi­ fisches Gewicht, d. h. das Gewicht pro Volumeneinheit, sich mit abnehmender Temperatur vergrößert. Mit anderen Worten, die Flüssigkeit in der Kühleinrichtung 11 wird schwerer und sinkt nach unten. Da der gesamte Kreislauf nach Art einer kommunizierenden Röhre zusammenhängt, wird dadurch durch die Rohranordnung 3, den Ab­ setzbehälter 6 und die Leitung 29 Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 2 nachgesaugt. Am Ende des Absetzbehäl­ ters 6 ist eine Heizeinrichtung 9 vorgesehen, die die Dispersion an dieser Stelle aufheizt. Die Heizeinrichtung 9 ist als Heizschlange ausgebildet, die mit warmem Wasser durchströmt ist, das, gesteuert durch einen Thermostaten 7, durch eine Pumpe 8 durch die Heizschlange 9 getrieben wird. Die Temperatur der Heizeinrichtung 9 wird über eine Temperatursteuerung 25 gesteuert, die ihrerseits wiederum von der Steuereinrichtung 20 gesteuert wird. Die Steuereinrichtung 20 steuert auch die Betätigung der Pumpe 8. Die Heizeinrichtung 9 heizt die durch den Absetzbehälter 6 strömende Dispersion um genau das glei­ che Maß auf, um das die Kühleinrichtung 11 die Dispersion wieder abkühlt. Auf diese Art und Weise ist es möglich, in dem Vorratsbehälter 2 eine konstante Temperatur auf­ rechtzuerhalten. Damit wird eine durch Konvektion beding­ te Strömung im Vorratsbehälter 2 vermieden.

Die Rohranordnung 3 weist eine Anzahl von Bündeln 15 auf, die mit ihren Mittelpunkten auf einer gemeinsamen Kreislinie 17 angeordnet sind. Die Bündel münden in den Kegel 4 am oberen Ende der Rohranordnung. Jedes Bündel 15 weist eine Vielzahl von Röhrchen 16 auf. Darge­ stellt sind 37 Röhrchen (Fig. 3). Die Zahl der Röhrchen richtet sich u. a. nach dem gewünschten Durchsatz und dem gewünschten Siebergebnis. Sie kann zwischen 10 und 500 liegen, bevorzugterweise zwischen 80 und 150. Der Innendurchmesser der Röhrchen beträgt hier 4 mm. Die Röhrchen 16 sind innen zylinderförmig ausgestaltet. Hierdurch wird eine Bildung von Wirbeln weitgehend ver­ mieden. Die Länge der Röhrchen 16 beträgt ca. 160 bis 800 mm, d. h. die Länge der Röhrchen 16 beträgt das 40- bis 200fache des Innendurchmessers. Besonders günstige Werte lassen sich erzielen, wenn die Länge der Röhrchen das 80- bis 120fache des Innendurchmessers beträgt.

Die Ethanol-Gold-Dispersion im Vorratsbehälter 2 wird periodisch, beispielsweise alle 10 Minuten, durch einen Rührer 12, der von einem Motor 23 unter Steuerung der Steuereinrichtung 20 angetrieben wird, durchmischt. Gleichzeitig wird sie mit Ultraschall von den Ultra­ schallerzeugern 21 beaufschlagt. Der Rührer kann Kunst­ stoffflossen aufweisen, die den Boden des Vorratsbehäl­ ters 2 abstreifen und die Partikel vom Boden aufwirbeln. Die Ultraschalleitung und der Rührer können beispiels­ weise für ca. 10 sek. aktiviert werden. Dies bewirkt zwar eine gewisse Bewegung der Dispersion 18 im Vorrats­ behälter 2. Es kommt jedoch nicht zu nennenswerten Turbu­ lenzen. Durch die Aufheizung der Dispersion mit Hilfe der Heizeinrichtung 9 und die Abkühlung der Dispersion mit Hilfe der Kühleinrichtung 11 entsteht eine mit den Augen fast nicht wahrnehmbare Strömung der Dispersion 18 durch die Rohranordnung 3, d. h. durch die einzelnen Röhrchen 16 in den Bündeln 15. In jedem Röhrchen bildet sich ein Strömungsprofil aus, das einer laminaren Strö­ mung entspricht. Die Strömungsgeschwindigkeit durch die Röhrchen 16 wird dabei durch das Zusammenwirken der Heizeinrichtung 9 und der Kühleinrichtung 11 mit dem Ventil 13 so eingestellt, daß die maximale Strömungs­ geschwindigkeit, die in der Regel in der Mitte eines jeden Röhrchens 16 auftritt, kleiner ist als die Sinkge­ schwindigkeit der auszusortierenden größten Partikel. Je größer die Partikel sind, d. h. je ungünstiger das Verhältnis von Gewicht zu Oberfläche der Partikel ist, desto schneller sinken die Partikel unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten. Durch Verändern der Strö­ mungsgeschwindigkeit in den Röhrchen 16 läßt sich also die Größe der auszusiebenden Partikel sehr präzise verän­ dern. Am oberen Ende der Rohranordnung 3 steht nun eine Dispersion zur Verfügung, die frei von unerwünschten Partikeln ist. Diese Dispersion wird in dem Kegel 4 beschleunigt. Die Beschleunigung erfolgt, weil der Volu­ mendurchsatz durch den Kegel gleichbleibt, obwohl sich die zur Verfügung stehende Strömungs-Querschnittsfläche erheblich verringert. An den Kegel 4 ist der Krümmer 14 angeschlossen. Der Krümmer 14 ist ein gebogenes Rohr, d. h. eine Leitungsbiegung, dessen Biegeradius R, d. h. der Radius der Krümmung der gedachten Rohrachse, kleiner ist als der Durchmesser D des Rohres. Durch den relativ scharfen Knick wird erreicht, daß sich zwischen Krümmer 14 und Kegel 4 ebenfalls eine laminare Strömung ein­ stellt, d. h. es kommt durch die Umlenkung des Disper­ sions-Stromes nicht zu einer Strömungsumkehr in einem Teil des Rohrquerschnitts. Die nun horizontal fließende Strömung wird in den Absetzbehälter 6 geleitet und fließt über die Platten 10. Dort setzen sich die Partikel unter dem Einfluß der Schwerkraft ab, wie das mit dem Bezugs­ zeichen 27 dargestellt ist. Je kleiner die Partikel sind, desto später setzen sie sich auf den Platten 10 ab. Es ist durchaus möglich, daß sich nicht alle Parti­ kel auf den Platten 10 niederschlagen oder absetzen. Versuche haben ergeben, daß ein kleiner Anteil (ca. 2 Gew.-%) der Partikel wieder in den Vorratsbehälter 2 zurückbefördert werden. Von Zeit zu Zeit können nun die Platten 10 aus dem Absetzbehälter 6 entfernt werden. Die klassierten Partikel, die nun die geforderte Größe aufweisen, können von den Platten entnommen werden. Da die Platten 10 in Reihe hintereinander angeordnet sind, lassen sich auf verschiedenen Platten auch ver­ schiedene Partikelgrößen nieder. Falls dies gewünscht ist, können die einzelnen Partikel im Absetzbehälter also noch der Größe nach sortiert entnommen werden.

Der Vorratsbehälter 2 weist einen Einfüllstutzen 24 auf, durch den chargenweise oder auch kontinuierlich neue Partikel zugeführt werden können. Da sich die Par­ tikel mit der unerwünschten Größe im Vorratsbehälter 2 anreichen, kann es notwendig sein, den Vorratsbehälter 2 von Zeit zu Zeit zu reinigen. Die Entfernung der zu großen Partikel kann aber auch dadurch erfolgen, daß durch die Steuerung der Heizeinrichtung 9, der Kühlein­ richtung 11 und des Ventils 13 die Strömungsgeschwindig­ keit durch die Rohranordnung 3 so eingestellt wird, daß alle Partikel aus dem Vorratsbehälter 2 in den Ab­ setzbehälter 6 strömen und sich dort niederschlagen können.

Zur Verbesserung der Handhabung sind eine Reihe von Maßnahmen vorgesehen, die helfen, eine durch Konvektion bedingte Strömung im Vorratsbehälter 2 zu verhindern. Dazu gehört zum einen, daß der Vorratsbehälter 3 durch das Wasserbad 19 auf Umgebungstemperatur gehalten wird. Weiterhin ist die Kühleinrichtung 11 so eingestellt, daß die Temperatur der in den Vorratsbehälter 2 zurück­ strömenden Dispersion genau der Temperatur der im Vor­ ratsbehälter 2 befindlichen Dispersion 18 entspricht. Weiterhin werden der Rührer 12 und die Ultraschallein­ richtung 21 nur in Intervallen betätigt. Diese Intervalle sind so gewählt, daß in den Zwischenzeiten eine aus­ reichend homogene Dispersion 18 im Vorratsbehälter 2 vorhanden ist.

Claims (24)

1. Verfahren zur Klassierung von Partikeln, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dispersion aus einer Flüssig­ keit und den zu klassierenden Partikeln hergestellt wird und die Dispersion in einem Strom zum Strömen gebracht wird, der einen ersten Abschnitt mit einer ausgeprägten Komponente entgegen der Richtung der Schwerkraft aufweist, in dem die Strömung laminar ist und die maximale Strömungsgeschwindigkeit geringer als die Sinkgeschwindigkeit unerwünschter Partikel ist, und einen zweiten Abschnitt, in dem die Partikel der gewünschten Größe aus der Dispersion entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt eine ausgeprägte Komponente quer zur Schwerkraft aufweist und über eine Absetz­ fläche geleitet wird, wobei die Strömung laminar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Strömung in einem geschlossenen Kreislauf geführt und durch einen Thermosiphon erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom aus einem Vorrat ge­ speist und wieder dorthin zurückgeleitet wird, der in Intervallen mechanisch gerührt und/oder mit Ultra­ schall beaufschlagt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Intervalle um einen Faktor im Bereich von 5 bis 100, insbesondere von 15 bis 25, größer sind als die Zeitabschnitte, in denen gerührt bzw. Ultra­ schall erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Intervalle eine Länge im Bereich von 3 bis 15 Min. aufweisen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit im zweiten Abschnitt größer als im ersten Abschnitt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Vorrat zurückströmende Dispersion auf etwa die gleiche Temperatur wie der Vorrat gebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit ein Alkohol verwendet wird.

10. Vorrichtung zur Klassierung von Partikeln, insbeson­ dere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Vorratsbehälter (2), in dem sich eine Dispersion (18) befindet, einer im wesentlichen vertikal ange­ ordneten Rohranordnung (3), deren unteres Ende sich im Vorratsbehälter (2) befindet, einen Absetzbehälter (6) mit mindestens einer im wesentlichen horizontal angeordneten Absetzfläche (10), der mit dem anderen Ende der Rohranordnung (3) verbunden ist, einer Leitung (29), die vom Ausgang des Absetzbehälters (6) zum Vorratsbehälter (2) führt, und Pumpmitteln (9, 11) zum Erzeugen eines Dispersions-Stromes durch einen durch die Rohranordnung (3), den Absetzbehälter (6) und die Leitung (29) gebildeten Kreislauf.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpmittel eine Heizeinrichtung (9) in einem ersten Abschnitt des Kreislaufes und eine Kühlein­ richtung (11) in einem zweiten Abschnitt des Kreis­ laufes aufweisen, wobei mindestens einer der Ab­ schnitte nicht horizontal angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rohranordnung (3) eine Vielzahl von parallel angeordneten Röhrchen (16) aufweist, in denen die Pumpmittel (9, 11) eine laminare Strö­ mung der Dispersion (18) erzeugen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen (16) innen eine Zylinderform auf­ weisen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Länge der Röhrchen (16) das 40­ bis 200fache des Innendurchmessers beträgt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende der Rohr­ anordnung (3) ein Kegel (4) angeordnet ist, der den für die Dispersion (18) zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt vermindert.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Röhrchen (16) in Bündeln (15) zusammengefaßt sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte der Bündel (15) mit gleichem Abstand verteilt auf einer Kreislinie (17) angeordnet sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Bündel (15) eine Anzahl von Röhrchen (16) im Bereich von 10 bis 500, insbesondere 80 bis 150, aufweist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Rohranord­ nung (3) und dem Absetzbehälter (6) ein Leitungskrüm­ mer (14) angeordnet ist, der die Strömung von der Vertikalen in die Horizontale umleitet, wobei der Biegeradius bezogen auf die Mitte des Leitungskrüm­ mers (14) kleiner als der Durchmesser des Strö­ mungsquerschnitts des Leitungskrümmers (14) ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislauf eine ver­ stellbare Drosseleinrichtung (13) vorgesehen ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung (13) in der Leitung (29) zwischen Absetzbehälter (6) und Vorratsbehälter (2) angeordnet ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (2) in einer temperierbaren Ultraschall-Wanne (1) angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (2) einen angetriebenen Rührer (12) aufweist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Absetzbehälter (6) mehrere parallel zueinander, übereinander angeordnete Platten (10) aufweist, wobei jeweils zwei Platten (10) einen Strömungskanal (28) bilden und alle Strö­ mungskanäle (28) in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.