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Je nach Alterung der Kohle und dem Grad der Ausgasung unterscheidet
man zwischen verschiedenen Kohlearten (!nkohlungsgrad), die durch die Bestandteile
an flüchtigen Substanzen klassifiziert werden: Gasflammkohle 33 bis 40% Flüchtige
Gaskohle 28 bis 35% Flüchtige Fettkohle 18 bis 30% Flüchtige Esskohle 14 bis 20%
Flüchtige Magerkohle 10 bis -14% Flüchtige Anthrazit 7 bis 10% Flüchtige Die Gasflammkohle
ist die jüngste Kohle mit dem niedrigsten Heizwert (ca. 32 892 kJ pro kg) und die
Anthrazitkohle ist die älteste Kohle mit dem höchsten Heizwert (35 406 kJ pro kg).
Die Gaskohlen werden als
Brennstoff für Kraftwerke, die Fett- und
Esskohle zu Kokskohle und die Magerkohle bzw. Anthrazitkohle zu Hausbrand verarbeitet.
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Die Richtzahlen für die Güteeigenschaften - der verkaufsfähigen Kohlen
dürfen nur innerhalb bestimmter Toleranzbereiche schwanken, wobei insbesondere der
Aschegehalt, der Wassergehalt, der Schwefelgehalt und der Inkohlungsgrad bzw. das
Backvermögen für die Unterscheidung der Kohlearten maßgebend ist.
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Die einzelnen Kohlesorten werden außerdem durch ihre verschiedenen
Korngrößen unterschieden: Knabbel-oder Würfelkohle 150 bis 80 mm Nußsorten I bis
V 50 bis 6 mm Feinkohle 10 mm und kleiner Staub-und Schlammkohle unter 0,5 mm Weitere
Aufbereitungsprodukte sind die Berge bzw.
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Flotationsberge, das Mittelprodukt (Verwachsenes) und die Reinkohle.
Im Durchschnitt enthält die geförderte Rohkohle folgende Anteile: ca.30 bis 50%
Berge ca. 5 bis 20% Mittelprodukt ca.40 bis 70% Reinkohle Das Ziel der Aufbereitung
besteht darin, bestimmte Spezifikationen der Kohle durch eine entsprechende Trennschärfe
bei der Aufbereitung einzuhalten. Die einzelnen Körnungen der Verkaufskohle sollen
nach den heutigen Gütenormen etwa 5 bis 9% Asche (Glührückstand) und beim Grobkorn
3 bis 5% Wasser (einschließlich Oberflächenfeuchtigkeit) enthalten.
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Bei jeder Kohlensorte und Kohlenart besteht das Körnungsgemisch aus
zahlreichen Einzelstücken mit unterschiedlichem Aschegehalt. Das Körnungsgemisch
läßt sich analytisch durch Schwereflüssigkeiten oder mit einer kleinen Setzvorrichtung
in verschiedene Schichten unterschiedlicher Ascheanteile zerlegen. Um einen besonders
niedrigen Aschegehalt zu erhalten, muß man den Trennschritt beim Sortieren so führen,
daß die aschereicheren Kohleschichten in ein Mittelgut (Verwachsenes, weder Reinkohle
noch Reinberge) gelangen, das dann gegebenenfalls durch Flotation weiter aufgearbeitet
werden kann.
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Je schärfer der Trennschnitt bei der Aufbereitung gezogen wird, um
so besser ist zwar die Produktqualität, die Ausbeute wird jedoch geringer. Bei jedem
Sortierungsvorgang müssen also Kompromisse zwischen Ausbeute und Produktqualität
geschlossen werden, wobei der Primäraschegehalt und der Verwachsungsgrad der Rohkohle
immer die maximalen Grenzen darstellen.
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Die Sortierung der Kohle, d. h. die Trennung nach Stoffeigenschaften,
erfolgt in der Aufbereitung aufgrund der Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften
der zu trennenden Komponenten. Je größer und ausgeprägter diese Unterschiede sind,
um so besser gelingt die Trennung. Bei der Aufbereitung von Steinkohle sind die
optischen Eigenschaften (Grundlage der Lesearbeit), die unterschiedlichen Wichten
(wichtigste Grundlage der mechanischen Sortierung) und die Oberflächeneigenschaften
(Grundlage von Flotation und Olifflocverfahren) von Bedeutung. Das wichtigste Trennungsverfahren
der Steinkohlenaufbereitung ist die mechanische Sortierung aufgrund der unterschiedlichen
Wichte zwischen Kohle und Berge. Das spezifische Gewicht der Kohle beträgt etwa
1,3 bis 1,4 g/cm3 und das spezifische Gewicht der Berge etwa 1,7 bis 1,8 g/cm3.
Die mechanische Sortierung der Kohle erfolgt heute fast ausschließlich im wäßrigen
Medium, wobei sich die sogenannten Setzmaschinen durchgesetzt haben. Eine weitere
Art der Sortierung ist die Zerlegung in Schwimm- und Sinkgut in einer Schwertrü
be (Teska-Scheider).
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Bei der Aufbereitung der Kohle im wäßrigen Medium spricht man auch
von der Kohlewäsche. Moderne Aufbereitungsanlagen verwenden heute einen Maschinenstammbaum,
der im wesentlichen Vorklassiersiebe, Sichteranlagen, Feinkorn- und Grobkornsetzmaschinen
bzw. Schwertrübescheider (Teska), Entwässerungsschleudern, Großraumflotationseinrichtungen
und Vakuumfilter als Aggregate verwendet (siehe F i g. 1).
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Zur Sortierung des Feinstkornbereiches der Rohkohle dient insbesondere
die Flotation, wobei die unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften von Kohle- und
Bergepartikel genutzt werden. Die im Waschwasser angereicherten Feinstkornanteile
(Kohleschlamm oder Rohschlamm) werden in der sogenannten Feinstkornaufbereitung
gesondert behandelt. Innerhalb der Steinkohleaufbereitung gewinnt die Feinstkornaufbereitung
immer mehr an Bedeutung, weil in der Rohkohle ein zunehmender Anteil an Feinstkorn
enthalten ist, weil im Feinstkorn der Aschegehalt ansteigt, weil für die Ballastkohle
die Absatzmöglichkeiten immer schlechter werden und weil auf der Verbraucherseite
an die Kohle steigende Qualitätsanforderungen gestellt werden.
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Der Anteil des Feinstkorns, bezogen auf die Rohkohleförderung, beträgt
über 10% und wird als Staub oder Filterschlamm den Verkaufsprodukten (Kesselbrennstoff
oder Kokskohle) zugemischt. Als Feinstkorn wird der Anteil mit weniger als 0,5 mm
Korngröße bezeichnet (Staub- und Schlammkohle).
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Durch verstärkte Staubbekämpfungsmaßnahmen unter Tage ist der Wassergehalt
der Rohkohle gestiegen, so daß die Entstaubung der Kohle durch Sichtung immer schwieriger
wird und zunehmend Feinstkorn in den nassen Aufbereitungsprozeß eingetragen wird.
Die Belastung des Waschwasserkreislaufes ist dadurch in allen Anlagen größer geworden.
Bei einer ungenügenden Entlastung des Waschwassers durchläuft das Feinstkorn mehrmals
alle naßarbeitenden Verfahrensstufen, wobei es immer weiter zerkleinert wird, so
daß die Durchsatzraten der Flotations- und Filteraggregate herabgesetzt werden.
Darüber hinaus führen hohe Feststoffgehalte des Waschwassers zu Kohleverlusten in
den Aufbereitungsabgängen. In der Praxis erfolgt die Flotation heute als Großraum-Trogflotation
oder als Zellenflotation. Zur Trennung von Kohle und Berge in den Flotationsanlagen
werden Flotationsreagenzien, z. B. höhere Alkohole, eingesetzt Flückungsmittel dienen
als Sedimentationsbeschleuniger in den Klärprozessen oder als Filterhilfen bei den
Entwässerungsprozessen, die vor oder nach der Flotation angewendet werden. Da sowohl
Flotationsreagenzien als auch Flockungsmittel einen unmittelbaren Einfluß auf den
störungsfreien Betriebsablauf und auch auf die Qualität des Endproduktes nehmen,
kommt deren problemloser Anwendung besondere Bedeutung zu. Insbesondere in modernen
Anlagen mit Kreislaufführung der Waschwässer ist eine falsche oder unkontrollierte
Answendung dieser Betriebsmittel immer mit Kosten, Betriebsstörungen, Qualitätsverlusten
oder
Leistungsverminderungen verbunden.
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1 Prozent weniger Kohleausbringen in der Flotation bedeutet z. B.
für den deutschen Steinkohlenbergbau einen Verlust von etwa 20 Mio. DM pro Jahr
und jedes Prozent Wasser im Flotationskonzentrat bedeutet Qualitätseinbußen, Absatzverluste,
Aufhaldung und weitere Kosten. Geht man davon aus, daß im deutschen Steinkohlenbergbau
mehr als 15 Mio. DM für Betriebsmittel wie Flotationsreagenzien und Flockungsmittel
verbraucht und damit Aufbereitungsprodukte im Werte von über 1 Mrd. DM erarbeitet
werden, so wird deutlich, welchen Stellenwert die Betriebsmittel ihrerseits einnehmen.
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Es ist bekannt, bei den Klärprozessen und Entwässerungsprozessen
der Kohleaufbereitung Polyelektrolyte, die auch als Flockungsmittel bezeichnet werden,
einzusetzen.
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In den Klärprozessen werden mit den Polyelektrolyten eine schnellere
Sedimentation, eine höhere Eindikkung und eine bessere Wasserklärung erreicht. Bei
den Entwässerungsprozessen werden mit Polyelektrolyten höhere Durchsatzraten an
den Entwässerungsmaschinen und bessere Entwässerungen mit reduziertem Endwassergehalt
in den Entwässerungsprodukten erzielt.
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Da das gesamte Wassersystem als Kreislauf zu verstehen ist, gelangen
die Polyelektrolyte über das Wasser oder adsorptiv über den Rohschlamm in die Flotationsanlage.
Dabei üben sie einen Einfluß auf die Flotationsergebnisse aus. Es ist bekannt, daß
mit ansteigender Polymer-Konzentration insbesondere die Selektivität und das Kohlenstoffausbringen
der Flotation durch Polyelektrolyte verschlechtert wird, s. A.
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Götte, W. Flöter »Untersuchungen zur Wirkung von Flockungsmitteln
und deren Einfluß auf Flotation und Entwässerung von feiner Steinkohle«, Forschungsbericht
des Landes Nordrhein-Westfalen, Nr. 1079, 1962.
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A. Supp und H. Auerbach berichten in ihrem Aufsatz »Großraum-Flotationsanlagen
in der Praxis der Steinkohlenaufbereitung des Ruhrgebiets« in Erzmetall, 33 (1980),
Nr. 9, S. 441 bis 445, daß sich ein übermäßiger Flockungsmitteleinsatz ungünstig
auf die Qualität vor allem der Flotationsberge auswirkt. So sank z. B. bei einer
Erhöhung des Flockungsmittelverbrauches von 100 auf 200 kg/Tag der Aschegehalt der
Flotationsberge von 70 auf knapp 60% ab. Die bisher von der Technik verwendeten
Polyelektrolyte zur Waschwassererklärung, zur Flotationsbergeklärung, bei der Schlammkohleentwässerung
(Flotationskonzentrat-Entwässerung) und der Flotationsbergeentwässerung waren Pulver
oder Granulate in fester Form, die nach entsprechender Zubereitung in ihren wäßrigen
Lösungen eingesetzt wurden. Zur Schaumschwimmaufbereitung von frisch abgebauter
Unter-Tage-Kohle und zur Schaumschwimmaufbereitung von oxidierter Kohle ist vorgeschlagen
worden (DE-PS 2740548 und DE-OS 28 50 988) einen Flotationspromotor auf der Basis
einer invertierbaren Wasser-in-Öl-Emulsion eines Natriumpolyacrylats einzusetzen.
Die unter Tage abgebaute Kohle zeichnet sich dadurch aus, daß ihr Sauerstoffgehalt
nur geringfügig vom ursprünglichen Sauerstoffgehalt abweicht (die Differenz beträgt
weniger als 1%) und sie an sich gut flotierbar ist, während bei oxidierter Kohle
durch steigende Verwitterung der Sauerstoffgehalt zugenommen hat und die Flotationsfähigkeit
der Kohle im allgemeinen beeinträchtigt. Kennzeichnend für die obengenannten Verfahren
ist der Einsatz des Flotationspromotors unmittelbar während der Flotation. Der Einsatz
ist außerdem auf Latices von Natriumpolyacrylaten beschränkt, Copolymerisate des
Acrylamids sind bisher in Emulsionsform bei der Flotation nicht in Betracht gezogen
worden.
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Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in einem verbesserten
Verfahren zur Aufbereitung von Rohkohle, bei dem die Kohle nach Korngrößen klassiert
und stofflichen Eigenschaften sortiert und der Feinstkornanteil gesondert aufgearbeitet
wird, mit dem der Einsatz organischer Polyelektrolyte innerhalb der Feinstkornaufbereitung
optimiert werden soll, insbesondere auch dann, wenn das Wassersystem aus der Flotation
im Kreislauf wieder zur Kohlewäsche gelangt und die Rückführung eine ansteigende
Konzentration von Polyelektrolyt bewirkt.
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Das angestrebte Verfahren soll so geführt werden, daß trotz steigender
Polyelektrolyt-Konzentration die Selektivität und das Kohlenstoffausbringen der
Flotation nicht verschlechtert wird, sondern sogar - bezogen auf den Einsatz von
Polyelektrolyt (Trockensubstanz) -verbessert wird. Das Verfahren sollte des weiteren
so ausführbar sein, daß der Verbrauch an Flotationsreagenzien vermindert wird, ohne
damit Einbußen in bezug auf Ausbeute und Selektivität hinnehmen zu müssen.
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Zur Lösung der Aufgaben schlägt die Erfindung das im Anspruch 1 angegebene
Verfahren zur Rohkohleaufbereitung vor. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens
bilden den Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 15; diese Ausgestaltungen erbringen
zusätzliche Vorteile in einer oder mehreren Richtungen, so daß ihre Anwendung die
Wirtschaftlichkeit der Flotation noch verbessert.
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Es wurde gefunden, daß die Aufbereitung von Rohschlamm, einschließlich
der Flotation, außerordentlich günstig gestaltet und beeinflußt werden kann, wenn
bei den Klär- und Entwässerungsprozessen, insbesondere bei der Waschwasserklärung
bzw. der Rohschlammeindickung, statt der bisher eingesetzten Polyelektrolyte in
Pulver- oder Granulatform, eine chemische Behandlung mit mindestens einem organischen
polymeren Elektrolyt vorgesehen wird, der aus einer Wasser-in-Öl-Emulsion eines
diesen Polyelektrolyt enthaltenden Latex erhalten worden ist.
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Es hat sich gezeigt, daß beim Einsatz von Polyelektrolyten, die nach
dem Verfahren der Emulsionspolymerisation hergestellt worden sind und die durch
Phasenumkehrung verdünnt werden oder unter Phasenumkehr in das wäßrige Medium eingebracht
und primär die Klär-und Entwässerungsprozesse verbessern sollen, zusätzlich ein
positiver und völlig überraschender Effekt in bezug auf die anschließende Flotation
und die Flotationsergebnisse ausgeübt wird. In der Praxis äußert sich dieser positive
Effekt darin, daß ein höheres Kohlenstoffausbringen und höhere Bergeaschen, d. h.
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ein besserer Wirkungsgrad der Flotation (Selektivität), möglich werden
und daß außerdem der Flotationsreagenzverbrauch um bis zu 20% reduziert werden kann.
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Eine vollständige Erklärung für den erfindungsgemäß erhaltenen Effekt
auf die Flotationsergebnisse durch den (erfindungsgemäßen) Einsatz von Emulsionspolymeren
bevor die Flotation begonnen wird, insbesondere bei der Rohschlammklärung bzw. Eindickung,
kann noch nicht gegeben werden; es scheint jedoch so, daß die Emulsionspolymeren
(die im folgenden auch als Flüssigpolymere bezeichnet werden) den Flotationsprozeß
in einer außerordentlich günstigen Weise und unter vorteilhafter Ausnutzung der
Menge des Polymerisates (bezogen auf Trockensubstanz Polymeres in der
Emulsion)
und unter besonderer Nutzung der hydrophoben Emulsionsphase steuern, indem außerordentlich
günstige Bedingungen auf der Oberfläche der Kohleteilchen geschaffen werden.
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Es ist dabei besonders überraschend, daß diese chemische Behandlung,
die zweckmäßigerweise während der Waschwasserklärung erfolgt, gewissermaßen mit
einem Nachhalleffekt in die Flotation hineinwirkt mit dem Ergebnis, daß die Ausbeute
einer Flotationsanlage und die Trennschärfe der Flotation verbessert werden.
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Der Aufbereitungserfolg oder die Ausbeute einer Flotationsanlage
läßt sich mit Hilfe von Gewichts- oder Ascheangaben berechnen. Das Gewichts- oder
Mengenausbringen sagt aus, wieviel Gewichtsprozent der Aufgabe als Konzentrat ausgebracht
wurde.
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v = kg Konzentrat 100% kg Aufgabe % % Bergeasche - % Aufgabeasche
V= % # Bergeasche - % Konzentratasche 100% Das organische Ausbringen oder Kohlenausbringen
sagt aus, wieviel Gewichtsprozent vom Kohlegehalt der Aufgabe im Flotationskonzentrat
ausgebracht wurde.
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kg Konzentrat % Konzentratkohle % Konzentratkohle kg Aufgabe % Aufgabekohle
100% m = v . 100 - % Konzentratasche 100 - Aufgabeasche
Die Relation zwischen erzieltem
Ausbringen und dem theoretisch möglichen Ausbringen wird durch den Wirkungsgrad
ausgedrückt, wobei der Verwachsungsgrad durch den Mineralstoff-Faktor berücksichtigt
wird.
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AA = % Aufgabeasche KA = % Konzentratasche BA = % Bergeasche Auch
ohne Kenntnis der Gewichte und Volumenströme läßt sich allein aus den Ascheanalysen
der Flotationserfolg berechnen, und der Betriebszustand und die Wirtschaftlichkeit
einer Anlage leicht kontrollieren. Das sei am folgenden Beispiel erläutert: Aufgabeasche
21,7% Konzentratasche 7,6% Bergeasche 75,4% v = 75,4 - 21,7 ~ 100 = 79,2% 75,4 -
7,6 m= 79,2 ~ =93,5% n 2 (75,4 - 21,7) ~ (21,7 - 7,6) ~ 100 = 70,7% (75,4-21,7)21,7+[(91
-21,7).(21,7-7,6)] Der praktische Nutzen derartiger Berechnungen wird im nachfolgenden
Beispiel deutlich.
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Das Verfahren der Erfindung schafft die Voraussetzung für ein hohes
Kohlenausbringen, eine optimale Trennschärfe in der Flotation und ermöglicht eine
erhöhte Flexibilität und große Durchsatzraten bei der Feinstkornaufbereitung. Die
Betriebskosten können dementsprechend niedrig gehalten und der Wirkungsgrad der
Flotation kann gesteigert werden.
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Das Verfahren der Erfindung sieht den Einsatz des Polyelektrolyten
vor der Flotation vor, vorzugsweise während des Klär- und Entwässerungsprozesses,
dennoch hallt die Wirkung dieser- chemischen Behandlung im positiven Sinne in der
Flotation nach. Überraschend ist weiterhin, daß dieser Effekt nicht nur mit Emulsionspolymeren
auf der Basis von Natriumpolyacrylat erreicht wird, sondern daß auch Copolymerisate
auf der Basis von Acrylamid-Acrylat in Emulsionsform diesen positiven Effekt zeigen
und vielfach sogar verstärken. Sie sind deshalb bevorzugt. Überraschend ist ferner,
daß dieser Effekt an die Emulsionsform der Polyelektrolyte gebunden ist und mit
den Pulver- oder Granulatformen der normalen Flockungsmittel nicht erreicht werden
kann.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen und von Beispielen
erläutert, die bevorzugte Ausbildungen des Verfahrens wiedergeben.
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F i g. 1 zeigt den Stammbaum einer modernen Aufbereitungsanlage zur
Verarbeitung von Rohkohle, in dem die Erfindung vorteilhaft angewendet werden kann;
Fig.2 zeigt den detaillierten Stammbaum der Feinstkornaufbereitung innerhalb der
Gesamtaufbereitung; Fig. 3 veranschaulicht schematisch den Flotationsprozeß, der
erfindungsgemäß durch Zusatz des Flüssigpolymeren zur Rohschlammtrübe, zur Eindickung
und/oder Entwässerung vorteilhaft und günstig gesteuert werden kann, unter Berücksichtigung
des Betriebsmitteleinsatzes.
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F i g. 1 zeigt im Schema den Gang der Rohkohle durch die Stufen der
Vorklassierung und Sichtung, der Grobkorn- und Feinkorntrennung in den Setzmaschinen,
und die Weiterverarbeitung der Kohleaggregate zu Nußkohle und Feinkohle, während
bei den Schleudervorgängen Waschwasser anfällt, das ebenso wie das Waschwasser aus
den Setzmaschinen mit den Feinstkornanteilen einer Waschwasserklärung unterworfen
wird, der dann die Flotation unter Gewinnung von Feinstkorn und Trennung des Feinstkornes
in Berge und Konzentrat folgt.
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F i g. 2 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung,
bei dem das Feinstkorn als Staub oder als Rohschlammtrübe nach Abtrennung des Grobkorns
und Feinkorns der Waschwasserklärung zugeführt und das Brauchwasser im Kreislauf
zur
Kohlewäsche zurückgeführt wird. Bei der Feinstkornaufbereitung
der Steinkohle gelangt der Rohschlamm, der in der Waschwasserklärung mit mindestens
einem organischen polymeren Polyelektrolyten, der aus einer Wasser-in-Öl-Emulsion
herstammt, behandelt wird, in die Flotationsanlage, wo der Rohschlamm mit Hilfe
von zugesetzten Flotationsreagenzien und Luft in Flotationskonzentrat (Feinstkohle)
und in Flotationsberge sortiert wird. Zur besseren Arbeitsweise der Flotation wird
der Rohschlamm auf eine bestimmte Konzentration vorzugsweise auf 100 - 150 g/l,
mit Kreislaufwasser aus dem Waschwassersystem verdünnt. Die beiden Flotationsprodukte
(Berge und Konzentrat) werden zur Klärung und Entwässerung weiter behandelt und
ergeben vorzugsweise Flotationsberge mit 70-80% Asche und ein Flotationskonzentrat
mit nur 7~10% Asche. Die Flotation arbeitet zweckmäßigerweise als Großraum-Trog-Flotation
oder als Zellen-Flotation, die dem Fachmann bekannt sind.
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Die der Flotation vorgeschaltete, im erfindungsgemäßen Verfahren
vorgesehene chemische Behandlung mit einem Polyelektrolyt kann bevorzugt in der
Weise erfolgen, daß der Polyelektrolyt, vorzugsweise mit einem Molekulargewicht
von mindestens 106, direkt als Wasser-in-Öl-Emulsion dem System zur Feinstkornaufbereitung
zugesetzt wird, oder man zunächst durch Invertieren einer Wasser-in-Öl-Emulsion
eine wäßrige Lösung dieses Latex herstellt und dem System zugibt.
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Der Latex kann dem System der Waschwasserklärung über verschiedene
Mischeinrichtungen zugeführt werden. Eine besonders vorteilhafte Zumischung erfolgt
mit der in der US-PS 4057 223 beschriebenen Mischeinrichtung, bei der der Latex
aus einem rechtwinkligen Mischblock mit Vormischkammer, einem Zentralteil mit schrägsitzendem,
doppelt wirkendem, den Flüssigkeitsstrom in zwei bestimmte Richtungen drosselndem
Ventil, mit Auslaßkammer und Rückleitung, zugemischt wird. Die Dosierung des Polyelektrolyten
erfolgt in Abhängigkeit von den zu verarbeitenden Kohlesorten, von dem eingesetzten
Polyelektrolyten, seine Zusammensetzung und seinem Molekulargewicht. Es hat sich
gezeigt, daß ein besonders günstiger Dosierungsbereich etwa 0,5 bis 100g Polyelektrolyt
(berechnet als Trockensubstanz pro Tonne Rohkohle [wasserfrei]) und vorzugsweise
ein Bereich etwa 25 bis 75 g pro Tonne, bezogen auf die Konzentration des Polymeren,
das in die Flotation gelangt, sind. Der Polyelektrolyt kann bevorzugt unmittelbar
der Rohschlammtrübe zugesetzt werden, bevor diese mit Kreislaufwasser aus dem Waschwassersystem
verdünnt wird.
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Es ist zweckmäßig, zeitsparend und in bezug auf die Flotationsergebnisse
außerordentlich günstig, wenn die Zumischung des Polyelektrolyten unter turbulenten
Bedingungen erfolgt.
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Der Begriff »Polyelektrolyt« bezeichnet in der vorliegenden Erfindungsbeschreibung
einen oder mehrere hochmolekulare Verbindungen, die in ihrer Polymerisatkette und/oder
als Seitenkettensubstituenten eingebaute ionische und/oder unter den Verfahrensbedingungen
ionisierbare Gruppen enthalten, deren Ladungen im wäßrigen System durch Dissoziation,
durch Protonierung oder ähnliche Prozesse positiv, negativ oder auch neutralisiert
sein können. Zu Beispielen für anwendbare Polyelektrolyte zählen die anionischen
Polyelektrolyte, wie die Polymeren und Copolymeren der Acrylsäure/Acrylamid-Reihe,
die Polyacrylsäuren, die Polystyrolsulfonate und andere Polymere mit anionisch aktiven
Eigenschaften, die kationischen Polyelektrolyte und auch neutralen Polyampholyte.
Neben den Grundtypen der Polymeren können sowohl Copolymerisate als auch ihre Modifizierungsprodukte,
die sich durch Modifizierung der Carboxyl-, Amid- und/oder Carboxylatgruppe aufzeichnen,
eingesetzt werden.
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Besonders gute Ergebnisse werden erfindungsgemäß mit Polyelektrolyten
erhalten, die mindestens ein Polymeres aus der Gruppe der Acrylamidpolymerisate
bzw. der hiervon abgeleiteten Derivate enthalten. Dabei sind kationisch modifizierte
Acrylamidpolymerisate besonders vorteilhaft. Wenn ein Polyelektrolyt verwendet wird,
der ein Acrylamidcopolymerisat aus etwa 5 bis 95 Gew.-% Acrylamid und 95 bis 5 Gew.-%
eines oder mehrerer Acrylatmonomeren darstellt, ist das Verfahren in bezug auf den
beschriebenen Nachhalleffekt besonders günstig ausgestaltet. von den genannten Polyelektrolyten
werden die Mischpolymerisate mit etwa 10 bis 80 Gew.-% Acrylsäureeinheiten und etwa
90 bis 20 Gew.-% Acrylsäureamideinheiten bevorzugt, wobei es zulässig ist, daß die
Carboxylgruppen der Acrylsäureeinheiten durch Alkali, Erdalkali, Ammonium oder Aminbasen
mindestens teilweise neutralisiert sind und/oder daß die Amidgruppen der Acrylsäureamideinheiten
mindestens teilweise kationisch, z. B. als Mannichprodukte, modifiziert sind.
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Der Polyelektrolyt weist vorzugsweise ein mittleres Molekulargewicht
auf, das im Bereich von 105 bis 107 liegt, vorzugsweise jedoch mindestens 106 betragen
soll.
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Die chemische Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vor
der Flotation sieht nach einer bevorzugten Ausgestaltung die Anwendung von mindestens
zwei verschiedenen Polyelektrolyten vor, die gleichzeitig oder nacheinander erfolgen
kann, wobei mindestens einer dieser Polyelektrolyte kationisch aktiv und mindestens
ein weiterer dieser Polyelektrolyte anionisch aktiv ist und mindestens einer dieser
Polyelektrolyte, d.h. entweder der kationisch aktive oder der anionisch aktive oder
beide, aus einer Wasser-in-Öl-Emulsion durch Phasenumkehr hergestellt wird.
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Das Verfahren der Erfindung verbessert nicht nur die Wirtschaftlichkeit
und den Wirkungsgrad der Feinstkornaufbereitung, sondern führt auch zu Zeitgewinn
und zur Einsparung von organischem Polyelektrolytmaterial. Außerdem beseitigt es
auch die Nachteile, die bisher durch steigende Konzentrationen an Polyelektrolyt
in bezug auf die Selektivität und das Kohlenstoffausbringen eingetreten sind, wenn
man insbesondere zur Waschwasserklärung oder bei der Aufarbeitung der Flotationsberge
und des Flotationskonzentrats durch Eindickung und Entwässerung Polyelektrolyte
zusetzt und diese über das zurückgeführte Waschwasser in die Flotation gelangen.
In diesem Falle werden die Flotationsergebnisse durch die erfindungsgemäß eingesetzten
Emulsionspolymere, im Gegensatz zu den bisher eingesetzten pulverförmigen Polymeren,
nicht verschlechtert, sondern durch die chemische Behandlung kompensiert und sogar
gefördert.
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Beispiel Dieses Beispiel dient der Verdeutlichung der Wirksamkeit
der Emulsionspolymere bei der Waschwasserklärung, sowie des Nachhalleffektes auf
die Flotation durch das Verfahren der Erfindung und dem Vergleich unter Berücksichtigung
des Kostenfaktors.
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Auf einer Schachtanlage wurden von Oktober 1980
bis
Dezember 1980 für die Waschwasserklärung zum Vergleich Polyelektrolyte als Flockungsmittel
auf der Basis von Polyacrylamidacrylaten in fester Form und als Emulsion eingesetzt.
Die Zugabe der Polyelektrolyte erfolgte jeweils zur Verbesserung der Klärung des
Waschwassers am Rohschlamm-Eindicker und am Flotationsberge-Eindicker. Der eingedickte
Rohschlamm wurde flotiert und ein Teil des mit Polyelektrolyt geklärten Waschwassers
als Verdünnungswasser ebenfalls der Flotation zugeführt.
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Die Polymere wurden jeweils als verdünnte Lösungen (0,3 - 0,6%ig)
dosiert, wobei das pulverförmige Polymer durch Rühren in Wasser aufgelöst wurde
und das flüssige Emulsionspolymer durch Invertierung in der beschriebenen Mischeinheit
aufbereitet wurde. Für den gleichen Kläreffekt wurden dabei folgende Polymermengen
benötigt: Flockungsmittel g Polymer pro to Rohkohle-Durchsatz bezogen auf bezogen
auf Produkt Polymeres Tl festes Polymer 6,0 g 5,7 g Emulsionspolymer*) 9,5 g 3,7
g *) Copolymer aus etwa 35% Acrylat/65% Acrylamid (Polymergehalt aS vom Pulver =
95% (Rest ist Kristallwasser/, Polymergehalt IS der Emulsion = 40°/3) Bezogen auf
Polymeres TS wurde also mit deutlich geringerer Menge der gleiche Kläreffekt erreicht.
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Während der beschriebenen Fahrweise wurden an der Flotation im jeweiligen
Monatsdurchschnitt folgende Betriebsergebnisse erzielt: Flotationsergebnisse in
% Asche Flockungs- Rohschlamm Flot.- Flot.-Berge mittel Konzentrat festes Polymer
34,7 11,5 64,4 Emulsionspolymer 35,2 11,7 70,9 Bei der Fahrweise mit festem Polymer
mußte ca.
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400 g Flotationsreagenzien pro to Rohschlamm, bei der Emulsion nur
350 g/to zugesetzt werden.
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Durch die oben beschriebenen Berechnungen des Flotationserfolges
ergibt sich aus den Ascheangaben folgendes Bild: festes Polymer Emulsionspolymer
% Gewichtsausbringen 55,0 60,2 % Kohlenstoffausbringen 74,1 82,2 % Wirkungsgrad
57,3 65,2 Der Vergleich zeigt, daß durch die Emulsionsfahrweise der Flotationserfolg
deutlich verbessert werden konnte. Von der Wirtschaftlichkeit her ist vor allem
das Gewichtsausbringen wichtig. Bei dem hier beschriebenen Beispiel werden ca. 100
to Rohschlamm pro Stunden flotiert. Daraus errechnet sich bei einem Kohlepreis von
200 DM/to und bei 5000 Betriebsstunden pro Jahr: festes Polymer Emulsionspolymer
% Gewichtsausbringen 55,0% 60,2% to Rot-Konzentrat pro Stunde 55,0 to 60,2 to to
Rot-Konzentrat pro Jahr 275000 to 301000 to DM Erlös pro Jahr 55,0 Mill. DM 60,2
Mill. DM DM Mehrerlös pro Jahr - 5,2 Mill. DM Geht man davon aus, daß bei der Flotation
von Steinkohleschlämmen das Ausbringen möglichst hoch und die Bergeasche ebenfalls
möglichst hoch sein sollen, während die Konzentratasche möglichst niedrig gehalten
werden soll, so wird erkennbar, daß mit Polymeren auf der Basis von Pulvern (die
nach dem Verfahren der Lösungspolymerisation hergestellt werden) eindeutig schlechtere
Flotationsergebnisse erhalten werden als mit den Emulsionspolymeren, die durch Inversion
in das System gelangen. Der positive Einfluß der Emulsionspolymeren kompensiert
nicht nur den negativen Einfluß von im Waschwasser miteingeschleusten Polyelektrolyten,
sondern er verbessert auch in diesem Fall die Flotationsergebnisse. Das Verfahren
der Erfindung eröffnet die Möglichkeit, bei der Steinkohlenaufbereitung einen günstigeren
Einsatz von Polyelektrolyten vorzunehmen und die Nutzung des Polyelektrolyten (bezogen
auf Gramm Trockensubstanz Polymerisat) wesentlich zu steigern.
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Die erfindungsgemäß eingesetzten Wasser-in-Öl-Emulsionen, die vor
der Flotation durch Invertierung in das System gelangen, können Wasser-in-Öl-Emulsionen
sein, wie sie z. B. in der DE-OS 22 26 143 oder in der DE-AS 21 54 081 beschrieben
werden, es sind stabile Emulsionen mit einem Gehalt an Polymeren von vorzugsweise
etwa 20 bis 50 Gew.-%, mit einer wäßrigen Phase, die zweckmäßigerweise etwa 75 bis
95 Gew.-% der Emulsion ausmacht und das Polymere in einem Anteil von 20 bis 50 Gew.-%
der Emulsion und Rest Wasser enthält, sowie einer Ölphase, die aus einer hydrophoben
Flüssigkeit und einem oder mehreren Wasser-in-Öl-Emulgatoren gebildet wird und etwa
5 bis 25 Gew.-% der Emulsion an hydrophober Flüssigkeit und etwa 0,1 bis 30 Gew.-%
der Emulgatoren enthält Die inerte hydrophobe Flüssigkeit stellen zweckmäßigerweise
ein oder mehrere flüssige Kohelnwasserstoffe oder substituierte flüssige Kohlenwasserstoffe,
die aromatischer und/oder aliphatischer Natur sein können und vorzugsweise etwa
4 bis 8 Kohlenstoffatome enthalten. Einzelne Kohlenwasserstoffe, die allein oder
in Gemisch mit anderen Kohlenwasserstoffen die organische Phase des Latex bilden,
sind Benzol, Xylol, Toluol, Mineralöle, Kerosine, Benzine und Erdöle, die schwach
oder kaum raffiniert sind. Die Paraffine können geradkettig oder verzweigtkettig
sein, ein besonders gut geeignetes Öl ist das unter dem Namen Isopar vertriebene
isoparaffinische Lösungsmittel. Als Wasserin-Öl-Emulgatoren dienen die z. B. in
der DE-OS 2226 143 genannten Emulgatoren oder andere Wasserin-Öl-Emulgatoren, die
dem Fachmann bekannt sind.