Gyraton-Silomischer für die Erzgewinnung, Aufbereitung und Raffination seltener Erden
Homogen konditionierte Edukte sind der Schlüssel für stabile und eng geführte Prozessfenster in der Schüttgutaufbereitung. Der Gyraton®‑Silomischer von amixon® fungiert dabei gleichzeitig als Präzisionsmischer, Pufferstufe und Lagersilo zwischen den Verfahrensschritten. Er stellt über das gesamte Chargenvolumen hinweg einen homogenen Wertstoffgehalt, eine enge Korngrößenverteilung sowie gezielt eingestellte rheologische Fließeigenschaften sicher.
Die so erzielte Homogenität der Massen ermöglicht es, Säurelaugung, Fällung, Filtration, Flockung, Sedimentation, Trocknung und Kalzination in eng definierten Betriebsfenstern zu fahren. Dadurch steigen Ausbeute, Produktqualität und Anlagendurchsatz, während der spezifische Einsatz von Reagenzien und Energie deutlich sinkt
Neodym ist ein Schlüsselmaterial für Hochleistungs-Permanentmagnete, in der Windkraft- und E-Mobilitätsbranche. Praseodym wird als Legierungs- und Glasadditiv eingesetzt. Dysprosium dient als Dotierstoff für temperaturstabile Traktionsmagnete. Terbium ist ein wichtiger Leuchtstoffbestandteil in Displays. Europium ist ein Aktivator in Phosphoren für Bildschirme. Yttrium ist ein Trägermaterial für Hochleistungskeramiken und Laserwerkstoffe.
Warum Homogenisierung bei langen Prozessketten entscheidend ist
Inhomogene Edukte (Erzgruss, Schüttgüter, Emulsionen, Lösungen, Suspensionen) erzeugen instabile Prozessresultate. Das Nachführen der Prozessparameter verschlechtert die Stoffbilanz und erhöht den Energiebedarf. Eine definierte Zwischenhomogenisierung stabilisiert die Prozesse. Der Gyraton®‑Silomischer arbeitet wahlweise kontinuierlich oder chargenweise und liefert dabei homogene Chargen bis zu 100 m³.
Je homogener die Edukte (Pulver, Schüttgüter oder Suspensionen) vor jedem Prozessschritt sind, desto höher ist die Ausbeute. Ein Beispiel hierfür ist die Aufbereitung des Seltenerd-Erzes Neodym:
- Das Roherz wird in Brechern und Mühlen staubförmig zerkleinert, um die werttragenden Minerale freizulegen.
- Klassierung nach Partikelgröße.
- Trennung nach Partikeldichte.
- Aufbereitung der Suspension (Slurry). Feststoffgehalt und Rheologie werden auf die Hydrometallurgie abgestimmt.
- Säurelaugung der Minerale.
- Zwischenhomogenisierung der Lösung/Suspension im Gyraton®-Silomischer.
- Chemische Fällung, Kristallisation, Sedimentation und Flockung.
- Zwischenhomogenisierung, wahlweise.
- Filtration/Wäsche des seltenerdhaltigen Feststoffkuchens.
- Trocknung und Homogenisierung im Vakuum-Mischtrockner.
- Kalzination zu Neodymoxid.
- Feinstmahlen und weitere Trennprozesse.
- Mischen als Vorstufe für die mechanische Legierung.
Inhomogene Edukte (Erzgruss, Schüttgüter, Emulsionen, Lösungen, Suspensionen) erzeugen instabile Prozessresultate. Das Nachführen der Prozessparameter verschlechtert die Stoffbilanz und erhöht den Energiebedarf. Eine definierte Zwischenhomogenisierung stabilisiert die Prozesse. Der Gyraton®‑Silomischer arbeitet wahlweise kontinuierlich oder chargenweise und liefert dabei homogene Chargen bis zu 100 m³.
Je homogener die Edukte (Pulver, Schüttgüter oder Suspensionen) vor jedem Prozessschritt sind, desto höher ist die Ausbeute. Ein Beispiel hierfür ist die Aufbereitung des Seltenerd-Erzes Neodym:
- Das Roherz wird in Brechern und Mühlen staubförmig zerkleinert, um die werttragenden Minerale freizulegen.
- Klassierung nach Partikelgröße.
- Trennung nach Partikeldichte.
- Aufbereitung der Suspension (Slurry). Feststoffgehalt und Rheologie werden auf die Hydrometallurgie abgestimmt.
- Säurelaugung der Minerale.
- Zwischenhomogenisierung der Lösung/Suspension im Gyraton®-Silomischer.
- Chemische Fällung, Kristallisation, Sedimentation und Flockung.
- Zwischenhomogenisierung, wahlweise.
- Filtration/Wäsche des seltenerdhaltigen Feststoffkuchens.
- Trocknung und Homogenisierung im Vakuum-Mischtrockner.
- Kalzination zu Neodymoxid.
- Feinstmahlen und weitere Trennprozesse.
- Mischen als Vorstufe für die mechanische Legierung.
Wie erzielt man mit minimaler Antriebsleistung ideale Mischgüten?
Das Konstruktionsprinzip des Gyraton®-Silomischers basiert auf der Nutzung eines Silos. Güter werden darin bedarfsabhängig eingelagert und ausgetragen. Die relativ lange Verweilzeit wird konsequent zum Mischen genutzt. Dies erfolgt bei extrem niedriger Drehfrequenz. Dabei benötigt das Mischorgan nur 10 bis 20 Prozent der Antriebsleistung eines üblichen Präzisionsmischers. Grund dafür ist, dass zwei Bewegungen überlagert werden: die Rotation der Mischhelix um die eigene Achse sowie die Präzessionsbewegung der kardanisch gelagerten Helixwelle. Der Boden des zylindrischen Silos ist als flache Kugelschale ausgeführt.
Die Mischwendel fördert das Produkt wendelartig aufwärts, während die Schwerkraft es nach unten zurückführt. Dieses Mischprinzip wirkt bereits bei Füllgraden ab ca. 3 % und erzeugt ideale Mischgüten. Selbst bei einem Verhältnis von 1 zu 100.000 zeigen wiederholte Mischversuche einen Variationskoeffizienten der Mischgüte von unter 5 %. Der Mischprozess verläuft totraumfrei und ist unabhängig von den Fließeigenschaften der Mischgüter.
Das Konstruktionsprinzip des Gyraton®-Silomischers basiert auf der Nutzung eines Silos. Güter werden darin bedarfsabhängig eingelagert und ausgetragen. Die relativ lange Verweilzeit wird konsequent zum Mischen genutzt. Dies erfolgt bei extrem niedriger Drehfrequenz. Dabei benötigt das Mischorgan nur 10 bis 20 Prozent der Antriebsleistung eines üblichen Präzisionsmischers. Grund dafür ist, dass zwei Bewegungen überlagert werden: die Rotation der Mischhelix um die eigene Achse sowie die Präzessionsbewegung der kardanisch gelagerten Helixwelle. Der Boden des zylindrischen Silos ist als flache Kugelschale ausgeführt.
Die Mischwendel fördert das Produkt wendelartig aufwärts, während die Schwerkraft es nach unten zurückführt. Dieses Mischprinzip wirkt bereits bei Füllgraden ab ca. 3 % und erzeugt ideale Mischgüten. Selbst bei einem Verhältnis von 1 zu 100.000 zeigen wiederholte Mischversuche einen Variationskoeffizienten der Mischgüte von unter 5 %. Der Mischprozess verläuft totraumfrei und ist unabhängig von den Fließeigenschaften der Mischgüter.
Wie wird die Mischgüte nachgewiesen?
Als Referenzanlage dient ein Gyraton®-Test-Silomischer. Er ist mit 3 m³ eines trockenen, pulvrigen Mischgutes mit breiter Partikelgrößenverteilung (x_v = 40–1000 µm) befüllt. Die Charge beträgt 1500 kg. Zum Schluss werden 15 g eines feindispersen Farbstoffpulvers (x_v = 10–100 µm, Schüttdichte ca. 0,25 kg/dm³) zudosiert. Anschließend beginnt der Mischprozess.
Nach einer definierten Anzahl von Umdrehungen wird der Mischprozess gestoppt. An zehn verschiedenen Positionen im Mischraum werden Proben von jeweils etwa 30 g entnommen. Für die Analyse werden daraus exakt 15 g verwendet. Die nebenstehende Grafik zeigt den Verlauf des Variationskoeffizienten der Mischgüte.
Auffällig ist, dass sich die Mischgüte unabhängig von der Drehfrequenz des Mischwerkzeugs sehr ähnlich entwickelt. Genau das qualifiziert den Gyraton®-Silomischer als preiswerten Präzisionsmischer für anspruchsvolle Aufgaben und große Produktmassen.
Als Referenzanlage dient ein Gyraton®-Test-Silomischer. Er ist mit 3 m³ eines trockenen, pulvrigen Mischgutes mit breiter Partikelgrößenverteilung (x_v = 40–1000 µm) befüllt. Die Charge beträgt 1500 kg. Zum Schluss werden 15 g eines feindispersen Farbstoffpulvers (x_v = 10–100 µm, Schüttdichte ca. 0,25 kg/dm³) zudosiert. Anschließend beginnt der Mischprozess.
Nach einer definierten Anzahl von Umdrehungen wird der Mischprozess gestoppt. An zehn verschiedenen Positionen im Mischraum werden Proben von jeweils etwa 30 g entnommen. Für die Analyse werden daraus exakt 15 g verwendet. Die nebenstehende Grafik zeigt den Verlauf des Variationskoeffizienten der Mischgüte.
Auffällig ist, dass sich die Mischgüte unabhängig von der Drehfrequenz des Mischwerkzeugs sehr ähnlich entwickelt. Genau das qualifiziert den Gyraton®-Silomischer als preiswerten Präzisionsmischer für anspruchsvolle Aufgaben und große Produktmassen.
In Kürze wird ein weiterer Gyraton-Mischsilo mit einem Brutto-Volumen von 13 m³ für Tests bereitstehen
Die Laplace‑Analyse quantifiziert diese Glättungseffekte und beschreibt den Gyraton®‑Mischsilo als dynamischen Tiefpassfilter für Dosierschwankungen: So lassen sich Zeitkonstanten, Dämpfungsgrad und zulässige Dosierfehler direkt aus den gemessenen Mischgüte‑Verläufen ableiten.
Im Technikum mischen/ behandeln wir Ihre Originalprodukte in Chargengrößen bis zu 10 m³. Die so ermittelten Kennwerte lassen sich belastbar auf Silomischer mit einem Volumen von über 100 m³ übertragen.
Der Gyraton®-Mischsilo kann auch im kontinuierlichen Betrieb genutzt werden. In diesem Fall übernimmt er sowohl die Pufferung als auch die Homogenisierung. Mit steigendem Füllgrad werden Qualitätsschwankungen immer besser gedämpft. Der Austrag erfolgt als homogener Produktstrom und versorgt die nachgeschalteten Prozessstufen kontinuierlich. Im Testbetrieb kann nachgewiesen werden, dass der Gyraton®-Silomischer Dosierfehler deutlich glättet.
Die Laplace‑Analyse quantifiziert diese Glättungseffekte und beschreibt den Gyraton®‑Mischsilo als dynamischen Tiefpassfilter für Dosierschwankungen: So lassen sich Zeitkonstanten, Dämpfungsgrad und zulässige Dosierfehler direkt aus den gemessenen Mischgüte‑Verläufen ableiten.
Im Technikum mischen/ behandeln wir Ihre Originalprodukte in Chargengrößen bis zu 10 m³. Die so ermittelten Kennwerte lassen sich belastbar auf Silomischer mit einem Volumen von über 100 m³ übertragen.
Der Gyraton®-Mischsilo kann auch im kontinuierlichen Betrieb genutzt werden. In diesem Fall übernimmt er sowohl die Pufferung als auch die Homogenisierung. Mit steigendem Füllgrad werden Qualitätsschwankungen immer besser gedämpft. Der Austrag erfolgt als homogener Produktstrom und versorgt die nachgeschalteten Prozessstufen kontinuierlich. Im Testbetrieb kann nachgewiesen werden, dass der Gyraton®-Silomischer Dosierfehler deutlich glättet.
Chargengröße, Mischzeit und erforderliche Antriebsleistung
Der Gyraton®‑Silomischer zeichnet sich durch eine hohe verfahrenstechnische Flexibilität aus: “Sie legen die Chargengröße und die verfügbare Mischzeit fest. Daraus ergibt sich die erforderliche Antriebsleistung”. Dieser Präzisionsmischer erzielt auch bei sehr niedrigen Drehzahlen eine ausgezeichnete Homogenität des Schüttguts. Das erklärt den besonders geringen Leistungsbedarf.
In dieser Auslegungstabelle werden beispielhaft die Stoffe Calciumcarbonat und Kaolinpulver im trockenen Zustand referenziert. Ihre Schüttdichte beträgt ungefähr 1 kg/dm³. Der tatsächlich erforderliche Leistungsbedarf variiert und ist abhängig von der Schüttdichte, den Fließeigenschaften, dem Feuchtegehalt sowie der Partikelgröße und ‑größenverteilung.
Gerne ermittelt das amixon®‑Team die exakten Auslegungsdaten für Ihren Bedarfsfall. Für die Tests sollten uns mindestens 3 m³ Ihres Mischgutes zur Verfügung stehen. Im Zuge dieser Evaluation können wir Ihnen die Mischwirkung auch praktisch demonstrieren.
Der Gyraton®‑Silomischer zeichnet sich durch eine hohe verfahrenstechnische Flexibilität aus: “Sie legen die Chargengröße und die verfügbare Mischzeit fest. Daraus ergibt sich die erforderliche Antriebsleistung”. Dieser Präzisionsmischer erzielt auch bei sehr niedrigen Drehzahlen eine ausgezeichnete Homogenität des Schüttguts. Das erklärt den besonders geringen Leistungsbedarf.
In dieser Auslegungstabelle werden beispielhaft die Stoffe Calciumcarbonat und Kaolinpulver im trockenen Zustand referenziert. Ihre Schüttdichte beträgt ungefähr 1 kg/dm³. Der tatsächlich erforderliche Leistungsbedarf variiert und ist abhängig von der Schüttdichte, den Fließeigenschaften, dem Feuchtegehalt sowie der Partikelgröße und ‑größenverteilung.
Gerne ermittelt das amixon®‑Team die exakten Auslegungsdaten für Ihren Bedarfsfall. Für die Tests sollten uns mindestens 3 m³ Ihres Mischgutes zur Verfügung stehen. Im Zuge dieser Evaluation können wir Ihnen die Mischwirkung auch praktisch demonstrieren.
Die Transportabmessungen eines Gyraton®‑Silomischers mit 100 m³ erlauben den Straßentransport im fertig montierten Zustand
Angenommen, Sie erhalten 50 m³ eines fein gemahlenen Seltene‑Erden‑Mahlguts. Die Anteile der Wertstoffe Neodym, Praseodym, Kobalt und Terbium sind darin inhomogen verteilt. Eine einzelne 50‑m³‑Charge eines solchen Mahlguts kann – abhängig von den Gehalten an Nd, Pr, Co und Tb – einen Warenwert im siebenstelligen Eurobereich darstellen.
Im vorliegenden Fall wird die Charge in einen Gyraton®‑Silomischer eingefüllt und über Nacht bei sehr geringer Antriebsleistung homogenisiert. Am nächsten Morgen liegt eine äußerst präzise Mischgüte vor. In der Praxis genügt dann eine einzige Probe, um den Wertstoffgehalt der Gesamtcharge zuverlässig zu bestimmen. Nicht selten amortisiert sich die Investition in einen Gyraton®‑Mischsilo in kurzer Zeit: erstens durch die präzise Kenntnis des Wertstoffgehalts und zweitens durch das homogene Edukt am Beginn der Aufkonzentration.
Angenommen, Sie erhalten 50 m³ eines fein gemahlenen Seltene‑Erden‑Mahlguts. Die Anteile der Wertstoffe Neodym, Praseodym, Kobalt und Terbium sind darin inhomogen verteilt. Eine einzelne 50‑m³‑Charge eines solchen Mahlguts kann – abhängig von den Gehalten an Nd, Pr, Co und Tb – einen Warenwert im siebenstelligen Eurobereich darstellen.
Im vorliegenden Fall wird die Charge in einen Gyraton®‑Silomischer eingefüllt und über Nacht bei sehr geringer Antriebsleistung homogenisiert. Am nächsten Morgen liegt eine äußerst präzise Mischgüte vor. In der Praxis genügt dann eine einzige Probe, um den Wertstoffgehalt der Gesamtcharge zuverlässig zu bestimmen. Nicht selten amortisiert sich die Investition in einen Gyraton®‑Mischsilo in kurzer Zeit: erstens durch die präzise Kenntnis des Wertstoffgehalts und zweitens durch das homogene Edukt am Beginn der Aufkonzentration.
Versuche mit Originalprodukten im semitechnischen Maßstab
Das amixon®‑Technikum ermöglicht verfahrenstechnische Versuche im semitechnischen Maßstab. Das Spektrum reicht dabei vom Mischen, Agglomerieren, Benetzen und Ummanteln über das Vakuumtrocknen bis hin zu chemischen Synthesen. Im Stammhaus in Paderborn stehen mehr als dreißig Testmischer bereit. Darüber hinaus sind viele weitere amixon®-Testmaschinen in den Technika in Japan, China, Korea, Indien, Thailand und den USA verfügbar.
Das amixon®‑Technikum ermöglicht verfahrenstechnische Versuche im semitechnischen Maßstab. Das Spektrum reicht dabei vom Mischen, Agglomerieren, Benetzen und Ummanteln über das Vakuumtrocknen bis hin zu chemischen Synthesen. Im Stammhaus in Paderborn stehen mehr als dreißig Testmischer bereit. Darüber hinaus sind viele weitere amixon®-Testmaschinen in den Technika in Japan, China, Korea, Indien, Thailand und den USA verfügbar.
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