DE4330635C2

DE4330635C2 - Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation und Flotationsvorrichtung

Info

Publication number: DE4330635C2
Application number: DE4330635A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Britz; Alexander Dipl Ing Peschl
Original assignee: Voith Sulzer Stoffaufbereitung GmbH
Current assignee: Voith Paper Fiber and Environmental Solutions GmbH and Co KG
Priority date: 1993-09-10
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2013-09-11
Also published as: DE4330635A1; EP0642833A1; EP0642833B1; US5916446A; US5690812A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation aus einer Suspension gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Obergriff des Anspruchs 13.

Verfahren der genannten Art werden verwendet, um aus einer Suspension zumindest einen Teil der dann suspendierten Feststoffteilchen auszuscheiden. Die Zielsetzung hierzu kann entweder die Entfernung von unerwünschten Bestandteilen der Suspension oder die Klärung von verschmutztem Abwasser sein. Bekanntlich wird bei einer Flotation ein die auszuscheidenden Stoffe enthaltender Schaum oder Schwimm-Schlamm gebildet.

Ein typischer Anwendungsfall für die Verwendung eines derartigen Verfahrens ist die Aufbereitung von einer aus bedrucktem Altpapier hergestellten Suspension, in der die Druckfarben-Partikel bereits von den Fasern abgelöst sind, so daß sie sich selektiv ausflotieren lassen (Deinking-Flotation).

Aus der DE 33 06 600 A1 ist eine Flotationsvorrichtung bekannt, die bereits das durch 1 Rotationsbewegung der Suspension verursachte Beschleunigungsfeld benutzen kann. Der Flotationsschaum wird dort durch ein obenliegendes Rohr aus der Flotationsvorrichtung entfernt, während die gereinigte Suspension unten abfließt. Das bedeutet eine Aufteilung der einfließenden Strömung in, axial gesehen, entgegengesetzt gerichtete Teilströme. Eine solche Stromführung ist auch bei Hydrozyklonen üblich. Sie führt zu einem überproportionalen Ansteigen der Zentrifugalbeschleunigung zur Behältermitte hin in Form eines sog. Potentialwirbels.

In der DE 40 17 446 A1 wird eine Flotationsvorrichtung gezeigt, bei der der Flotationsschaum durch ein Schaumrohr abfließt, das unten im Flotationsgefäß befestigt ist. Der Einlauf des Schaumes in dieses Rohr erfolgt dabei oberhalb des Suspensionseinlaufes.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches unter Ausnutzung von einem Zentrifugalfeld eine noch bessere Abtrennung der suspendierten Feststoffteilchen oder die Verwendung relativ kompakter Flotationsvorrichtungen oder beides gestattet.

Diese Aufgaben werden durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 13 genannten Merkmale gelöst.

In den Unteransprüchen werden besonders vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.

Die in den Ansprüchen definierten Bedingungen, insbesondere bezüglich der Strömungsrichtungen von Suspension und Flotationsschaum, werden in der technischen Praxis nicht immer ganz exakt eingehalten.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt im Flotationsraum - axial betrachtet - keine Umlenkung der Transportrichtung des Schaumes. Dadurch wird gezielt die Ausbildung eines Potentialwirbels vermieden.

In dem Bereich, wo sich der flotierte Stoff sammelt, wird so eine ungestörte Axialströmung des Schaumes in Richtung zum Schaumaustrag ermöglicht. Es können kaum noch störende Wirbel im Bereich der Trennung von Schaum und Suspension entstehen. Dieser Bereich ist besonders kritisch für die Reinheit des Flotations-Gutstoffes.

Die Erfindung wird erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch die wichtigsten Verfahrensschritte;

Fig. 2 schematisch eine geschnitten dargestellte mögliche Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;

Fig. 3 eine Aufsicht des in Fig. 2 gezeigten Gegenstandes;

Fig. 4 eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;

Fig. 5 einen variierten Schaumaustrag.

Fig. 1 zeigt mit gestrichelten Linien einen Klärraum 1, in den die Suspension 2 zugeführt wird. Die Suspension führt anschließend eine Rotationsbewegung, angedeutet durch den Pfeil 3 um die Achse 5 aus. Der Rotationsbewegung 3 wird eine weitere Bewegung, dargestellt durch die Pfeile 4, überlagert, welche im wesentlichen parallele zur Rotationsachse 5 verlaufen. Infolge des bekannten Mechanismus bei der Flotation steigen die flotierten Stoffe zusammen mit Luftblasen entgegen der Wirkung eines Schwerefeldes auf. Da das Schwerefeld als Zentrifugalfeld infolge der Rotationsbewegung 3 entsteht, bewegen sich die flotierten Anteile radial nach innen. Im radial inneren Bereich des Klärraumes 1 findet also die Ansammlung des Flotationsschaumes statt, wobei sich eine mehr oder weniger scharfe Grenze 8 zwischen dem Flotationsschaum und der daraus ausgetretenen Luft bildet. Erfindungsgemäß wird das Verfahren so durchgeführt, daß ein Transport der flotierten Anteile im wesentlichen parallel zur Rotationsachse 5 und in derselben Richtung wie die der überlagerten Bewegung 4 erfolgt (Pfeile 6). Die so gesammelten flotierten Anteile werden aus dem Klärraum 1 abgeführt, hier durch die Pfeile 7 angedeutet, in der Regel zusammen mit freier, aus dem Suspensionsschaum ausgetretenen Luft, Pfeil 10. Der Teil der Suspension, aus dem die flotierten Anteile entfernt sind, tritt aus dem Klärraum aus, Pfeil 11. Zur Flotation benötigte Luft wird entweder dem Stoff beim Einlauf zugegeben, Pfeil 9, und/oder durch Öffnungen im Klärraum 1 während der eigentlichen Flotation, Pfeile 9′.

Fig. 2 zeigt vereinfacht den Schnitt durch einen Flotationsbehälter 12, mit dem das Verfahren ausgeführt werden kann. Man erkennt einen Einlauf 13 und einen Auslauf 14 (hier versetzt gezeichnet) sowie das Schlammrohr 15. Mit Vorteil kann im Einlauf 13 eine Turbulenzerzeugungsvorrichtung 17 vorhanden sein, hier als Stufendiffusor ausgebildet, in den in der Nähe des Stufensprunges Luft durch eine Luftleitung 16 zugepumpt oder angesaugt wird. Um einen möglichst breiten flachen Strahl zu erzeugen, sind in senkrechter Richtung mehrere Stufendiffusoren übereinander, in radialer Richtung nur einer vorgesehen. Die Turbulenzerzeugung mit Hilfe von Stufendiffusoren, auch beim Einlauf in Flotationsapparate, ist zwar an sich bekannt, bietet aber im Zusammenhang mit den übrigen Merkmalen des erfindungsgemäßen Verfahrens besondere Vorteile. Das hängt mit der Aufgabe zusammen, auf möglichst kleinem Raum eine möglichst gute Flotationswirkung zu erzielen. Daher sind kontrollierte Mikro wirbel und ein durch Rotationsbewegung erhöhtes Kraftfeld von großem Nutzen.

Fig. 3 zeigt den Apparat der Fig. 2 als Ansicht von oben und macht insbesondere den tangentialen Einlauf 13 und Auslauf 14 sichtbar.

Fig. 4 zeigt im Gegensatz zu Fig. 2 keinen zylindrischen sondern einen leicht konischen Flotationsbehälter 12′. Bekanntlich kann durch eine solche Maßnahme die Rotationsbewegung beschleunigt werden, ohne weitere Energie zuzuführen, wodurch etwa Reibungsverluste ausgeglichen werden könnten. Ferner ist davon auszugehen, daß durch ausgeströmte Luft in die Mitte des Flotationsbehälters das Gesamtvolumen der Suspension geringer wird. Als weitere Variationsmöglichkeit, nicht unbedingt an die konische Form des Flotationsbehälters gebunden, ist die Belüftung der Suspension während der Flotation durch einen Luftkasten 18, an den ein Luftanschluß 19 angebracht ist. Natürlich müssen in so einem Falle geeignete Schritte unternommen werden, um im Bereich der Wandung 20 einen Eintritt der Luft in die Suspension zu ermöglichen, z. B. durch poröse oder gelochte Ausführungen.

Fig. 5 zeigt einen Teil einer weiteren zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Flotationsvorrichtung, und zwar den Bereich des Schlammrohres 15′. Dieses ist als konzentrisches Doppelrohr ausgebildet, so daß zwei verschiedene Fraktionen von im mittleren Teil des Flotationsbehälters angesammeltem Stoff abgezogen werden können. Es kann nämlich von besonderem Vorteil sein, eine möglichst konzentrierte Schaumfraktion 21 separat von einer Schaum/Suspensions-Mischfraktion 22 abzuziehen. Aus Letzterer wäre dann durch einen weiteren Trennschritt noch Verwertbares zu gewinnen, wie z. B. unbeabsichtigt abgeführte Papierfasern.

Die Strömungsführung in dem Sinne, daß am oberen Teil des Flotationsbehälters eingeführt und am unteren Teil sowohl der Schaum als auch die gereinigte Suspension abgeführt wird, ist nicht zwingend. Auch eine gerade umgekehrte Strömungsführung ist denkbar und in besonderen Fällen von Vorteil.

Es ist ohne weiteres vorstellbar, eine Anzahl von Flotationsbehältern zu Modulen zusammenzusetzen, wodurch sich die gestellte Aufgabe einer kompakten Anordnung der gesamten Flotationsanlage noch besser lösen läßt. Eine solche Moduleneinheit kann im wesentlichen aus Flotationsbehältern, wie bereits beschrieben, bestehen.

Claims

1. Verfahren zum Abtrennen von Feststoffen aus einer Suspension durch Flotation in einem Klärraum (1), wobei die Suspension während der Flotation eine Rotationsbewegung (3) ausführt, der sich eine weitere Bewegung (4) überlagert, die sich in einer Richtung der Rotationsachse (5) erstreckt, und wobei sich die flotierten Anteile radial nach innen bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß sich die flotierten Anteile außerdem in der Richtung der Rotationsachse (5) bewegen, die mit der Richtung der weiteren überlagerten Bewegung (4) der Suspension identisch ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zugeführten Suspension (2), wie an sich bekannt, dicht am Einlauf in den Klärraum (1) Mikroturbulenzen erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Klärraum (1) im wesentlichen zylindrisch mit vertikaler Achse (5) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die überlagerte Bewegung (4) der Suspension vertikal nach unten verläuft.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf der Suspension (2) tangential erfolgt.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf der Suspension (11) tangential erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flotation benötigte Luft (9) gemeinsam mit der Suspension in den Klärraum (1) gelangt.

8. Verfahren nach Anspruch 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flotation benötigte Luft (9) im Bereich der Mikroturbulenzen zugemischt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flotation benötigte Luft (9) im Klärraum (1) der Suspension zugegeben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu flotierende Suspension (2) gelöste Luft enthält und zur Flotation benötigte Luftblasen durch Druckabfall in der Suspension erzeugt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß flotierte Anteile in mehreren Fraktionen (21, 22) aus dem Klärraum abgeführt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fraktion (22) Stoffe enthält, die in einem nachgeschalteten Verfahrensschritt abgetrennt werden.

13. Flotationsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche mit einem rotationssymmetrischen Flotationsbehälter (12, 12′), mindestens einem tangentialen Einlauf (13) für die zuzuführende Suspension, Mitteln (16, 17, 18, 19) zur Erzeugung und Verteilung von Luftblasen, mindestens einem tangentialen Auslauf (14) für die abzuführende Suspension sowie im zentralen Bereich des Flotatiosbehälters (12, 12′) mindestens einem Schaumrohr (15, 15′) für die flotierten Anteile dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Schaumrohr (15, 15′), axial betrachtet, mit seinem Einlauf an der Seite des Flotatiosbehälters (12, 12′) angeordnet ist, an der sich auch der Auslauf (14) für die Suspension befindet.

14. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flotationsbehälter (12, 12′) im Betrieb senkrecht steht.

15. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf (13) im oberen Bereich des Flotationsbehälters (12, 12′) angeordnet ist und Auslauf (14) und Schaumrohr (15, 15′) im unteren.

16. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Flotationsbehälter (12, 12′) zum Auslauf hin verjüngt.

17. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Bereich des Einlaufes (13) ein Turbulenzerzeuger (17) befindet.

18. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulenzerzeuger (17) ein sich sprunghaft erweiternder Stufendiffusor ist.

19. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flotation benötigte Luft in den Turbulenzerzeuger (17) zuführbar ist.

20. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flotation benötigte Luft aus einem Luftkasten (18) durch einen durchlässigen Wandungsabschnitt (20) des Flotationsbehälters (12, 12′) radial in diesen einführbar ist.

21. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flotation benötigte Luftblasen mit Hilfe einer vor dem oder im Einlauf (13) befindlichen Drossel durch Drucksenkung in der Suspension erzeugbar sind.

22. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des größten Innendurchmessers des Schaumrohres (15, 15′) zum größten Innendurchmesser des Flotationsbehälters (12, 12′) größer als 0,6 ist.

23. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumrohr (15′) mehrere, insbesondere zwei konzentrische, sich axial überwiegend deckende Rohre aufweist, so daß mehrere, insbesondere zwei verschiedene Fraktionen mit flotiertem Stoff ausgeleitet werden können.