DE19831530C1

DE19831530C1 - Verfahren zur Flotation von Störstoffen aus einer wässrigen faserstoffhaltigen Suspension

Info

Publication number: DE19831530C1
Application number: DE1998131530
Authority: DE
Inventors: Axel Gommel; Martin Kemper
Original assignee: Voith Sulzer Papiertechnik Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2000-03-30
Anticipated expiration: 2018-07-15

Abstract

Das Verfahren dient der Entfernung von Störstoffen aus einer Faserstoffsuspension mit Hilfe der Flotation. Es wird z. B. angewendet, um Druckfarbenpartikel mit Hilfe des Flotationsschaumes zu entfernen. Da in vielen Fällen zur optimalen Ausbringung der Störstoffe, z. B. kleiner Farbpartikel, relativ kleine Luftblasen benötigt werden, wird erfindungsgemäß zusätzlich eine bestimmte Menge von größeren Treibblasen (3) zugegeben, um die Steigtendenz der kleinen, mit Störstoffen beladenen Flotationsblasen (2) zu verstärken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Flotation von Störstoffen aus einer wässrigen Faserstoffsuspension gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verfahren der genannten Art werden verwendet, um aus einer faserstoffhaltigen Suspension zumindest einen Teil der darin suspendierten Störstoffteilchen auszuscheiden. Bekanntlich wird bei einer Flotation ein die auszuscheidenden Stoffe enthaltender Schaum oder Schwimmschlamm gebildet. Ein typischer Anwendungsfall eines derartigen Verfahrens ist die Aufbereitung von einer aus bedrucktem Altpapier gewonnenen wässrigen Papier-Faserstoffsuspension, in der die Druckfarbenpartikel bereits von Fasern abgelöst sind, so daß sie sich ausflotieren lassen. Der hier beschriebene Flotationsvorgang nutzt die Unterschiede zwischen Faserstoff und unerwünschten Feststoffteilchen in der Art, daß der Faserstoff aufgrund seiner Hydrophilie in der Faserstoffsuspension verbleibt, während die angesprochenen Feststoffteilchen hydrophob sind und deshalb zusammen mit den Luftblasen in den Schaum gelangen. Neben den Druckfarbenpartikeln gibt es auch eine Vielzahl weiterer Stoffe, die hydrophob sind und sich daher durch Flotation von dem Faserstoff trennen lassen. Solche Stoffe sind insbesondere Kleber, feine Kunststoffpartikel und eventuell auch Harze. Wenn durch das Flotationsverfahren Fasern von Verunreinigungen getrennt, also nicht alle Feststoffpartikel aussortiert werden sollen, spricht man von selektiver Flotation. Der ebenfalls benutzte Begriff "Flotationsdeinking" wird in der Regel nicht nur für die Entfernung von Druckfarbenpartikeln (ink = Druckfarbe), sondern auch allgemeiner für die selektive Flotation von Verunreinigungen aus Faserstoffsuspensionen verwendet.

Der Stand der Technik bezüglich Flotationsverfahren für Faserstoffsuspensionen ist bereits sehr weit fortgeschritten. Daher gibt es Lösungen, welche durchaus geeignet sind, einen großen Teil der Feststoffpartikel durch Flotation zu entfernen. Dabei hat sich unter anderem herausgestellt, daß die Blasengröße einen ganz wesentlichen Einfluß auf die Wirkung des Flotationsverfahrens hat. Diesbezügliche Hinweise finden sich z. B. in dem Fachaufsatz R. Klein, u. a., "Beitrag zur Bewertung des Einflusses der Luftblasengröße auf das Deinkingergebnis", in Wochenblatt für Papierfabrikation 21, 1994, Seiten 839 bis 845. In dieser Publikation werden nämlich Angaben gemacht, wie sich die Aufstiegsgeschwindigkeit von Luftblasen aus deren Größe und den sonstigen Bedingungen ergibt. Bekanntlich steigen große Luftblasen schneller auf als kleine.

Auch in einem weiteren Fachaufsatz H. Britz, "Flotationsdeinking - Grundlagen und Systemeinbindung", in Wochenblatt für Papierfabrikation 10, 1993, Seiten 394 bis 401 wird auf dieses Phänomen eingegangen mit dem weitergehenden Hinweis, daß es von Vorteil ist, ein breites Luftblasenspektrum zu erzeugen, um die Flotation eines breiten Druckfarben-Größenspektrums zu begünstigen. Erreicht werden soll das gemäß dieser Publikation durch einen relativ großen Prozeßluft-Volumenstrom (ca. 60%, bezogen auf den Suspensionsvolumenstrom), der vor der Flotation in die Suspension eingemischt wird.

In vielen Fällen werden relativ kleine Luftblasen verwendet, weil das zumindest zur Entfernung eines speziellen Teils der Störstoffpartikel erforderlich ist. Da gleichzeitig aus ökonomischen Gründen eine Faserstoffsuspension mit relativ hohem Faserstoffgehalt flotiert werden soll, z. B. ca. 2%, kann es passieren, daß die kleinen Luftblasen zwar bestimmungsgemäß mit Störstoffpartikeln in Berührung gebracht werden, diese also ausflotieren könnten. Wegen ihrer geringen Steigtendenz jedoch, die mit dem kleinen Gasblasenvolumen zusammenhängt, dauert das Aufsteigen dann zu lange. Es kann sogar passieren, daß diese Luftblasen in der Faserstoffsuspension stecken bleiben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein neues Flotationsverfahren zu schaffen, mit dem es gelingt, auch bei relativ kleinen Luftblasen und relativ hoher Stoffdichte die Störstoffpartikel zuverlässig und effektiv zu entfernen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die zur Anlagerung von Störstoffen bestimmten Gasblasen bezüglich ihrer Größe zu optimieren und unter solchen Bedingungen mit der Suspension zu vermischen, daß eine optimale Anlagerung der Störstoffe an die Luftblasen erfolgen kann. Hierzu ist bekanntlich ein bestimmtes Maß an Energieeinsatz erforderlich. Die zusätzlich gebildeten Treibblasen hingegen können in ihrer Steigtendenz auf die Lösung der Aufgabe abgestimmt werden, nämlich die mit Störstoff beladenen Flotationsblasen möglichst effektiv in den Flotationsschaum aufsteigen zu lassen. Dabei ist es unerheblich, ob ein Flotationsverfahren verwendet wird, welches lediglich mit Hilfe der Erdschwere arbeitet oder ob das Kraftfeld durch Zentrifugalkräfte verstärkt wird. Im letztgenannten Falle sind Begriffe wie oberhalb und unterhalb bezüglich des Schwerefeldes zu interpretieren.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 die Durchführung des Verfahrens anhand eines schematisch dargestellten Flotationsbehälters;

Fig. 2 Verhalten der Blasen während der erfindungsgemäß durchgeführten Flotation;

Fig. 3 eine Variante zur Blasenzugabe;

Fig. 4 ein spezielles zur Erfindung geeignetes Mischrohr.

In Fig. 1 ist ein Flotationsgefäß 1 dargestellt, welches hier eine ovale Querschnittsform hat und im wesentlichen geschlossen ist. Das Flotationsgefäß 1 ist zum Teil mit faserstoffhaltiger Suspension S gefüllt, in welche ein Mischrohr 8 eintaucht. Dieses dient der Zuleitung von frischer, zu flotierender faserstoffhaltiger Suspension S, welche in an sich bekannter Weise mit einem Gas G vermischt wird, so daß sich die Flotationsblasen 2 bilden können. Zweckmäßigerweise wird hier das zur Bildung der Flotationsblasen benötigte Gas G aus dem Inneren des Flotationsgefäßes 1 entnommen. Entscheidend für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Zugabe weiterer Gasblasen, und zwar der Treibblasen 3, welche in einem Bereich erfolgt, der unterhalb des Austritts der begasten Suspension aus dem Mischrohr 8 liegt. Dazu sind Begasungsrohre 9 in das Flotationsgefäß eingesetzt, welche z. B. porös durchlässig oder mit Öffnungen versehen sind. Sie werden mit einem Gas G', z. B. Luft, beschickt. Die Treibblasen 3, von denen nur einige wenige im Bereich der Einleitung in die Suspension gezeigt sind (zudem nicht maßstäblich), haben eine beträchtliche Steigtendenz und gelangen sehr schnell in den Bereich, in dem sich die Flotationsblasen 2 (ebenfalls nur teilweise und nicht maßstäblich gezeichnet) befinden. Durch die Aufwärtsbewegung der Treibblasen 3 werden die Flotationsblasen 2 zusammen mit den an ihnen anhaftenden Störstoffen (hier nicht gezeichnet) mitgerissen. Sie gelangen dann in den aufschwimmenden Flotationsschaum 4, welcher seitlich über ein Wehr abgeführt und als Rejekt R aus dem Flotationsgefäß 1 entfernt wird. Die durch Flotation gereinigte Suspension S' tritt im Bodenbereich des Flotationsgefäßes 1 aus. In dem Flotationsgefäß sind Strömungseinbauten 11 angedeutet, welche vorhanden sein können und dann dazu dienen, Gasblasen, die zu groß geworden sind, z. B. durch ungünstige Einleitung oder durch Zusammenschließen mehrerer Gasblasen, wieder zu zerteilen. Sie können auch die aufwärts gerichtete Strömung vergleichmäßigen. Solche Strömungseinbauten können z. B. die Form von groben Gittern haben oder eine Anzahl von Stäben sein.

In vergrößerter Form sind in Fig. 2 die Verhältnisse gezeichnet, welche sich grundsätzlich bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einstellen. Die beiden Arten von Gasblasen, nämlich die Flotationsblasen 2 und die Treibblasen 3, sind an ihrer unterschiedlichen Größe erkennbar. Sie treiben in der Faserstoffsuspension S. Zumindest die Flotationsblasen 2 sind mit Störstoffen 5 beladen, haben aber aufgrund ihrer geringen Größe nur eine geringe Steigtendenz, insbesondere wenn das sie umgebende Medium, nämlich die Faserstoffsuspension S. eine für Flotationsverhältnisse relativ hohe Stoffdichte hat. Die mit beträchtlich größerer Steigtendenz zuströmenden Treibblasen 3 erzeugen eine Aufwärtsbewegung, welche auch die Flotationsblasen 2 mit erfaßt. Dabei kann es vorkommen, daß mehrere kleine Flotationsblasen 2 zusammengefaßt werden. Die hier gezeigte Anwendungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geht davon aus, daß die Treibblasen 3 von unten an die Flotationsblasen 2 herantreiben. In anderen Fällen ist es denkbar, daß sie auf etwa gleicher Höhe in das Flotationsgefäß zugegeben werden, was in Fig. 4 noch erläutert wird. Sie können aber auch oberhalb der Zugabestelle für die mit Flotationsblasen vermischte Faserstoffsuspension in das Gefäß eingebracht werden. Sie erzeugen dann einen Sog. der unter bestimmten Bedingungen auch schon ausreichen kann, das Aufsteigen der Flotationsblasen 2 in gewünschter Weise zu beschleunigen.

In Fig. 3 ist ein etwas anders gestaltetes Flotationsgefäß als in Fig. 1 dargestellt. Dort werden, wie soeben ausgeführt wurde, die Treibblasen 3 in das Flotationsgefäß an Stellen oberhalb des Auslaufes des Mischrohrs 8 zugeführt.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Anwendung eines speziellen Mischrohres 8', wie es in Fig. 4 detaillierter dargestellt ist. Dieses bietet die Möglichkeit, das verwendete Gas G mit hoher Energie in kleine Flotationsblasen zu verteilen und mit der anströmenden Faserstoffsuspension S zu vermischen. Dazu wird das Gas G am ersten Stufensprung eines Stufendiffusors 10 zugeleitet, wo sich starke Mikroturbulenzen bilden. Die stromabwärts folgenden Stufensprünge fördern die Bildung kleiner Flotationsblasen und die Anlagerung von Störstoffen daran. Im selben Mischrohr wird auch das zur Bildung der Treibblasen benötigte Gas G' zugemischt, allerdings in einer Form, bei der sehr viel weniger Energie aufgewendet wird, da es hier nicht darauf ankommt, kleine Luftblasen zu erzeugen und mit den Störstoffen zusammenzubringen.

Claims

1. Verfahren zur Flotation von Störstoffen (5) aus einer wässrigen faserstoffhaltigen Suspension (S), bei dem
gasgefüllte Flotationsblasen (2) in einer Flüssigkeit erzeugt werden, die Störstoffe in der Suspension (S) an die Flotationsblasen (2) angelagert werden,
die Störstoffe (5) mit Hilfe der Flotationsblasen (2) in einem Flotationsbehälter (1) gegen das Schwerefeld aufsteigen,
die Störstoffe (5) in einem Flotationsschaum (4) gesammelt werden und die gereinigte Suspension (S') aus dem Flotationsbehälter (1) abgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die faserstoffhaltige Suspension (S) zusätzlich gasgefüllte Treibblasen (3) deren Auftriebskraft in der Suspension (S) mindestens zwei Mal so groß ist wie die der Flotationsblasen (2), zugegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibblasen (3) unterhalb der Stelle in die Suspension (S) an der die Zuführung von mit Flotationsblasen (2) vermischter faserstoffhaltiger Suspension (S) in den Flotationsbehälter (1) erfolgt, zugegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibblasen (3) in der Nähe des Auslasses der gereinigten Suspension (S) zugegeben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibblasen (3) oberhalb der Stelle in die faserstoffhaltige Suspension (S), an der die Zuführung von mit Flotationsblasen (2) vermischter faserstoffhaltiger Suspension (S) in den Flotationsbehälter (1) erfolgt, zugegeben werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibblasen (3) auf etwa gleicher Höhe wie die mit Flotationsblasen (2) vermischte faserstoffhaltige Suspension (S) in den Flotationsbehälter zugegeben werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibblasen (3) zusammen mit einem Strom von Flüssigkeit in den Flotationsbehälter (1) eingeleitet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem gemeinsamen Mischrohr (8') sowohl die Flotationsblasen (2) als auch die Treibblasen (3) der fasertoffhaltigen Suspension (S) an separaten Stellen zugemischt werden.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe der Treibblasen (3) durch mit Öffnungen versehene Wände (6) erfolgt, während zur Zumischung der Flotationsblasen (2) ein Turbulenzgenerator verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Turbulenzgenerator mit mindestens einen Stufendiffusor (10) eingesetzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Turbulenzgenerator ein statischer Mischer eingesetzt wird .

11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die oberhalb der Zugabestelle der Treibblasen (3) in den Flotationsbehälter (1) feststehende Strömungseinbauten (11) befinden, mit denen die aufsteigende Strömung homogenisiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Strömungseinbauten (11) die übergroßen Gasblasen zerteilt werden.