用于碎解特别是无机物质的方法和装置

摘要

本发明涉及一种用于特别是具有晶体结构的无机材料的碎解和摩擦化学活化的方法，其中，通过冲击压力工作面的作用，原料以小于10μs的脉冲持续时间和大于8 kHz的重复频率破碎(碎解)成小于1μm的粒度。于是获得活化混合晶体的集聚体。所述集聚体当加水时更倾向于形成改进的晶体。冲击压力工作面的作用一直持续，直至颗粒(30)的晶格结构被破坏。用于所述材料的碎解和摩擦化学活化的设备是基于旋转圆盘的，在该旋转圆盘上设置了具有空气动力断面的模制体，所述模制体在超音速速度范围中连续运动，并且在其流出面上产生冲击压力工作面。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于特别是无机材料的碎解和摩擦化学活化的方法和装置。

背景技术

公知碎解具有各种各样的用途。例如在重工业领域的水泥生产中，首先破碎冷石料和各种各样的添加料，然后加热到1400℃～1600℃烧结，最后研磨到所要求的粒度。这种方法的缺点在于，为活化原料需要投入很多的能源。

DE 195 48 645公开了一种通过摩擦化学处理的晶体达到提高势能价值并因此提高化学反应能力的方法。例如水泥的机械活化可以大大提高水化矿物粘结剂的强度。此方面的原因是原始粒度和这些颗粒的晶格干扰。

有多种加工方法可供摩擦加工原料使用，例如像通过两个平面之间的应力或者通过自由运动的颗粒与固定面的碰撞或者通过颗粒彼此间的碰撞进行研磨。为在几个1μm数量级的小颗粒上施加很高的势能并因此引发晶格干扰，使用所谓的粉碎机。结构原理的特征在于两个逆向运动的销钉轮缘或者齿圈。在如DE-AS 12 36 915介绍的一种方案中，颗粒通过与销钉或齿的碰撞破碎。在此方面，为产生足够的活化作用，要求在至少15m/s的相对速度下，以最高50ms的间隔与销钉进行至少三次碰撞。这种设置的缺点在于，特别是在原料很硬的情况下，销钉磨损非常严重。

在按例如DE 30 34 849 A1的其他方案中，原料主要通过利用颗粒在涡流中的碰撞进行破碎，其中，涡流通过特殊构成的对流工作轮的轮缘产生。同时由此达到明显降低叶轮或齿圈的碰撞边缘上磨损的目的。

为开发新型的无机粘结剂，利用公知粉碎机或者研磨机可达到的活化作用不够。特别是在像在短暂的研磨时间后出现很轻的小微粒情况下，不能实现通过这些颗粒淹没在空气流或者空气涡流中以例如大于100m/s的较高相对速度产生这些颗粒的碰撞。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于碎解的方法和装置，其中，利用与现有技术相比明显提高的能量和作用频率对颗粒进行动态处理。

本发明的目的通过开头所述类别的粉碎机得以实现，其中，粒状物形式的原料借助宽频谱和分别小于10μs的脉冲持续时间承受冲击压力波。通过在短暂顺序下以超声速度产生的冲击压力波对颗粒的作用，对颗粒继续进行破碎，直至破坏晶格结构。这种破碎的结果是产生混合晶体的混杂物，它们具有在以后加水时提高晶体形成的能力。冲击压力波通过具有一直加速度到所谓超音速范围的空气动力学构成的断面和表面的模制体产生。由此产生冲击压力工作面，将加入粉碎机内的粒状物碎解成所要求的粒度。在此方面，模制体在圆盘上几乎在音速下运动。通过高机械能量的作用，除了破碎外还形成颗粒的活化作用并因此改变化学性质。在有机材料方面，出于降低弹性的目的要求进行预处理。

如果现在流向模制体的空气(包括悬浮在该空气中的颗粒在内)的相对速度完全处于音速下面，那么相对于模制体的流动速度可以局部达到超音速。音速下面的速度范围(其中处于环绕模制体流动的空气局部达到超音速)在文献中称为超音速的速度范围(Sigloch：Technische Fluidmechanic(工业流体力学)；VDI-Verlag 1996)。为避免化学反应，取代空气可以使用相应的保护气体。

根据空气动力学作用的模制体的构成，超音速的速度范围在0.75...0.85马赫时开始，并在达到模制体相对于入流空气的音速时结束。

如果入流空气相对于模制体的速度处于超音速的速度范围内的话，那么与模制体的空气动力学断面相关在一个区域内出现超音速。以超音相对于模制体流动空气的该区域通过压缩冲击、主冲击和模制体的断面限制。在背面上从超音速向正常速度进行过渡。这种过渡通过冲击压力工作面伴生，也就是说，空气压力上升到正常压力的数倍，随后在短暂的低压阶段后重新下降到正常压力。这种冲击压力工作面的特征在于，压力交替理论上限制在几个分子长度上，但实际上通过加热和涡流却处于100μm的数量级上，但在任何情况下均与模制体的几何形状相关非常短暂。

这种效应在超音速飞机机翼断面的研究中完全公知，确切地说是不希望的。冲击压力工作面明显增加了机翼表层的负荷。为此，压缩到冲击压力工作面的空气要求提高飞机的推进能量。因此试图通过机翼断面的特殊构成来减轻超音速速度范围的效应并迅速克服该范围(击穿声墙)。

依据本发明，将超音速度范围的效应用于破碎和活化矿物粒状物。在此方面，通过两种因素利用冲击压力工作面非常有效。一方面，冲击压力工作面是一种具有几个μs上升时间的非常短暂的脉冲。另一方面，压力上升和压力下降的直接序列非常有效地与粒状物的机械负荷相关。此外，压力冲击在频谱上可以理解为完全不同频率压力波的总和。通过压力冲击的互导还造成包括具有几个100kHz压力波的频率部分。因此，对不同的颗粒大小和锥度产生具有特性的中断频率部分，它们在所希望的破碎和活化作用的方向上非常有效。

在此方面，粉碎机依据本发明的结构使粒状物或颗粒顺序承受数百个这种冲击压力工作面。首先通过使用环绕一共用轴的多个模制体来达到这一点。此外，通过对流组的模制体防止模制体相对于带有裹入粒状物或颗粒的空气的相对速度由于同步效应而降低。因此，颗粒与音速相关相当缓慢地经过粉碎室，通过颗粒的交替同步进入一个或者另一个方向。在此方面，冲击压力工作面的重复频率处于超音速范围内，它听不到并可以非常有效地保护操作人员。因此为使用该方法形成最佳断面构成的方向线。

在适当构成模制体正面的情况下，颗粒与模制体的碰撞相当罕见，因为特别小的颗粒环绕模制体的表面同步。不需要模制体正面的护板或装甲。仅在从动面上，也就是与后部区域内的入流相关，在冲击压力工作面与模制体表面的交叉点上出现较高的负荷，可以通过像高合金工具钢这种适当的材料承受。模制体的表面可以作为所谓的低临界点的断面构成，也就是说，环绕的流动基本上是层流的(Sigloch：Technische Fluidmechanic(工业流体力学)；VDI-Verlag 1996)。在此方面，模制体在正面导圆，其流出面以锐角彼此结束。

附图说明

下面借助附图的实施例对本发明进行详细说明。其中：

图1a示出在亚音速范围内绕流模制体的断面；

图1b示出与在超音速的速度范围内利用空气入流的模制体相关超音速范围的位置；

图2示出冲击压力工作面对颗粒的交替作用；

图3示出对流运动的模制体的设置；

图4示出粉碎机设置的横截面；

图5示出沿图4剖面线A-A的粉碎机侧视图；

图6示出模制体构成的横截面。

具体实施方式

图1a首先示出典型构成的模制体1连同亚音速范围内的流线9。流线9首先环绕流体1的断面流动，其中，在模制体1的后部区域内，在取决于模制体1断面的情况下层流流动可以中断并出现涡流3。

图1b示出在所谓超音速速度范围内的速度比。与模制体1的表面相关形成一个区域，其中环流空气的相对速度局部达到超音速。该区域在图1b中以“Ma＞1”标注。该区域反过来通过冲击压力工作面4限制，该工作面4具有短的压力上升和最终的压力下降。点5标注了模制体1的上表面的特别是机械负荷的位置。

图2示出示出冲击压力工作面4对颗粒30的作用。颗粒30交替两次通过不同方向的冲击压力工作面4。

图3示出模制体1彼此间的设置。举例示出两组模制体1a和1b，它们顺或逆时针方向环绕轴14旋转。在该实施例中，每组包括各自16个模制体，它们以500转/秒的旋转频率环绕轴14旋转。在半径为100mm时，相对速度约为315米/秒，也就是约为音速的95％。在此方面，在不考虑对流组的情况下，冲击压力工作面4的序列为8kHz。图3示意示出粉碎室29内的颗粒路径8。

图4示出依据本发明粉碎机的横截面。第一组1a的模制体1固定在圆盘A 15上。在此方面，该实施例中每个旋转方向使用两组。圆盘A 15再用轮毂A 28固定在轴25上，后者通过驱动电机32在利用所需的最低转速旋转中运动偏移。轴25通过轴承A 26支承在外壳20内。轴密封件A 27防止颗粒30排出或污染轴承A 26。第二组模制体1b固定在圆盘B 16上。该圆盘B 16与圆盘B1 17和轴B 21固定连接，其中，轴B 21再通过轴承B 24同样支承在外壳20内。第二组模制体1b通过电动机33逆电动机32的旋转方向驱动。

粒状物7的上料通过靠近粉碎机中心的上料套管31进入上料室18。在这里料状物7进入冲击压力工作面4的影响区域内并与此同时在进入外部区域的过程中破碎。

在依据本发明粉碎机的结构上应注意的是，通过以高转速旋转的圆盘15和16连同固定在上面的模制体1带走通过离心力向外输送的空气。与粉碎室29内不断交替旋转速度并因此一再降低颗粒30的速度相反，离心力在两个圆盘15和16的两个外表面38和39上不变。特别是在由上料套管31穿过的圆盘B 16上，离心加速度的空气在圆盘B 16的外表面39上会导致粒状物7从上料套管31不希望的吸入作用，并将粒状物7直接输送到处于模制体1影响环境下的排料套管34。如果将圆盘B 16的外表面39相当好地与外壳20通过密封圈35密封的话，可以降低这种效应。这个问题的另一解决办法在于将叶片19设置在离心力通过相反的气流反作用的圆盘B 16的外表面39上。正如从图5可看到的那样，颗粒在经过粉碎室29后在排料套管34上接收。

事实表明，粒状物7一次通过粉碎机在所要求的破碎和活化作用的意义上已经足够。因此，所述的装置采用连续法工作。可以根据上料套管31的几何形状将那样多的粒状物7输送到上料室18内，在排料套管34上形成从颗粒30中加工处理的粉末。

图6示出模制体1特别具有优点的构成。通过流出面37以尖端结束避免了涡流并因此降低了所需的驱动能量。