SE516480C2 - Förfarande för rening av en fibersuspension - Google Patents

Description

516 480 2 flota- Vid själva flota- vid uppslagning finns även möjlighet att tillsätta tionshjälpkemikalier vid spädningssteget. tionen införs fibersuspension och luft separat eller i bland- ning i en flotationsbehållare eller cell och separation av att dessa vidhäftar luft- bubblorna och kan avskiljas i form av ett skum. Efterföljande tryckfärgspartiklarna sker genom behandling innefattar normalt vissa ytterligare avskiljnings- steg samt avvattning, dispergering, blekning och utspädning.

Ofta upprepas flotationsbehandlingen och eventuella efter- följande steg ytterligare en eller flera gånger. För att min- ska fiberförlusterna i flotationen är det vanligt att återbe- handla det avskilda skummet i ett sekundärt flotationssteg.

Till skillnad från flotationsprocesser inom mineralindu- strin föreligger speciella problem att erhålla god separation vid flotationsbehandling av fibersuspensioner på grund av att fibrerna bildar nätverk vilka hindrar gasbubblornas transport genom suspensionen. Detta gör att man har varit tvungen att arbeta med mycket låga fiberkoncentrationer i suspensionerna vilket medför att ytterst stora mängder vatten måste hante- ras, vilket givetvis är en stor olägenhet såväl ekonomiskt som miljömässigt. Inom området flotation av fibersuspension innebär således en procentuellt sett liten ökning av fiber- koncentrationen i suspensionen som behandlas en ytterst vä- sentlig minskning av den totala vattenmängden och likaså innebär en förkortning av flotationstiden en ytterst väsent- lig fördel.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att vid rening av fibersuspensioner, i synnerhet vid avfärgning av returfib- rer, möjliggöra behandling vid förhöjda fiberkoncentrationer.

Förfarandet enligt uppfinning medger att detta kan göras med korta flotationstider och goda reningsresultat och ger där- igenom en förbättrad process såväl ur ekonomisk synpunkt som ur miljösynpunkt.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning är baserad på insikten om betydelsen av de reologiska egenskaperna hos fi- bersuspension och speciellt då uppbrytande av fibernätverket för att möjliggöra ett tidigt frisättande av luftbubblorna och en och överskridande av dess flytgräns (yield stress) underlättad transport av aggregaten av bubblor och partiklar Q I O Q 05 nu I 516 480 genom mediet.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till ett för- farande för rening av en fibersuspension medelst en flotatio- nsprocess såsom närmare specificerat i de efterföljande pa- tentkraven.

Fibersuspension som renas enligt föreliggande förfarande är i synnerhet en suspension av returfibrer som skall renas såsom så-kallade "stickies“. Flotationsförfarandet ingår härvid som regel i en från tryckfärg och andra föroreningar, total behandlingsprocess av returfibrer av det inledningsvis beskrivna principiella slaget. Givetvis kan flotationsförfa- randet appliceras på andra suspensioner av cellulosahaltiga fibrer, t ex rening av fiberhaltigt bakvatten från pappers- maskiner. Den grundtyp av flotation som utnyttjas i. före- liggande förfarande är baserad på gravitationskrafter med avskiljning av de substanser som skall avlägsnas i en skumfas och inte på separation med väsentligt inslag av centrifugal- krafter, som är fallet vid separation i hydrocykloner. Den vid förfarandet erhållna renade fibersuspensionen uttages på känt sätt som "accept".

Innan fibersuspensionen som skall renas införs i flota- tionsbehållaren eller flotationscellen har den blandats med gasbubblor. Den gas som användes vid denna typ av förfaranden är av ekonomiska och praktiska skäl som regel alltid luft, men det är givetvis principiellt möjligt att utnyttja vilken som helst annan gas. Som några exempel på gaser som skulle kunna vara lämpliga kan nämnas koldioxid och restsyrgas, där den senare kan erhållas t ex från vissa blekprocesser inom massaindustrin. Då fibersuspensionen införes i flotationsbe- hållaren skall den vara väl blandad med gasbubblor. Detta kan göras i i sig kända anordningar för ändamålet och ett flertal sådana intensivblandare är kommersiellt tillgängliga. Den största delen av vidhäftningen av färgpartiklar och andra störsubstanser till gasbubblorna sker redan vid blandningen och bubblorna bör därför vara förhållandevis små för att nå god effektivitet i detta avseende. Den inblandade gasmängden ligger vanligen inom intervallet 20 till 50 volymprocent räknat på suspensionen och oftast mellan ca 30 och 40 pro- cent. Själva attraktionen mellan partiklarna och bubblorna | c | ø no u: 516 wo 4 kan i sig ökas genom närvaro av ytaktiva medel, t ex etoxi- lerade nonylfenoler, fettaminer etc, som ökar partiklarnas hydrofobicitet. Sådana hjälpkemikalier, och även andra, t ex skumbildare och pH-regulatorer, kan tillsättas i blandnings- steget men vid behandling av returfibrer tillsätts de lämpli- gen i uppslagningssteget.

Det kännetecknande för flotationsförfarandet enligt före- liggande uppfinning är att blandningen av fibersuspension och gasbubblor införs i flotationsbehållaren såsom riktade strå- lar, vilka har en hög inloppshastighet, så-kallade "jetstrå- lar". Hastigheten ligger över 5 m/s och lämpligen över 8 m/s.

Den övre hastighetsgränsen är inte kritisk men normalt torde det vara oekonomiskt med inloppshastigheter som överskrider -20 m/s. Att strålarna har hög hastighet och är riktade innebär att de sträcker sig en betydande sträcka in i bulk- flotationsbehållaren. Till exempel sträcker sig en stråle som har en inloppshastighet av volymen av fibersuspension i m/s ca en meter i flotationsbehållaren. Som kommer att diskuteras mer i detalj nedan är det t ex föredraget att strålarna inte avklingar förrän invid den fria vätskeytan vid införing från undre delen av flotationsbehållaren. Inström- ningsöppningarna i flotationsbehållaren, via vilka strålarna införs, kan vara enkla hål och inloppsrör men lämpligare är att utnyttja dysor, dvs sprutmunstycken, för att lättare er- hålla den önskade kraften och riktningen.

Insprutningen görs via en eller helst ett flertal in- strömningsöppningar i en behållare som kan ha vilken som helst geometrisk konfiguration, t ex vara rektangulär eller cylindrisk, som innehåller en definierad bulkvolym och den erhållna skumfasen avdrages vid denna vätskebulkvolyms fria yta. Inströmningsöppningarna kan vara belägna i behållarens sidoväggar på lämpliga avstånd under den fria vätskeytan och riktade snett nedåt. Det föredrages dock att öppningarna är belägna vid eller nära behållarens botten och riktade uppåt, rakt eller snett, mot bulkvolymens fria yta. Strålarnas has- tighet bör avpassas så att de avklingar utan att brytas mot någon vätske- eller behållaryta. I det föredragna fallet av- passas hastigheten således så att strålarna avklingar vid den fria vätskeytan utan att bryta denna eller strax under ytan. 516 480 Detta minskar risken för att man skall få en tillbakabland- ning (back-mixing) av skummet med de avskilda förorenande substanserna i den renade suspensionen i behållaren. Antalet strålar är givetvis beroende av behållarvolymen och vätska- bulkvolymen. Minst tre strålar utnyttjas lämpligen och enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen avpassas antalet strålar och deras hastigheter för att ge största möjliga utan att Som exempel kan nämnas skjuvyta, mellan strålkropparna och bulkvolymen, strålarna interagerar med varandra. att vid en rektangulär flotationsbehållare med en längd av 14 m, en bredd av 2m och en höjd av lm, vilket är en vanlig storleksordning vid flotation för avfärgning av returfibrer, kan 47 strålar med inloppshastigheter av 9 m/s vara lämpligt vid en ungefärlig koncentration av 1.5 %.

Avdragning av skumfasen sker vid den fria vätskeytan på i sig känt sätt, t ex genom anordning av ett bräddavlopp. Den renade fibersuspensionen (acceptet) uttas likaledes på i sig känt sätt för denna typ av förfarande, t ex genom utlopp be- lägna vid kärlets botten. Som brukligt genomförs flotationen ofta med 4 till 6 upprepningar för att uppnå den önskade ren- hetsgraden.

Föreliggande uppfinning bygger som tidigare nämnts på insikten om betydelsen av de reologiska egenskaperna hos en fibersuspension. Speciell betydelse har här uppbrytandet av fibernätverket för att möjliggöra ett tidigt frisättande av luftbubblorna och en underlättad transport av aggregaten av bubblor och partiklar genom mediet. Genom att reologin beak- tas i föreliggande förfarande såsom det beskrivits ovan fås en effektiv separation även vid förhållandevis koncentrerade fibersuspensioner, där koncentrationen, som vid konventionel- la förfaranden vanligtvis ligger nära 1 viktprocent, kan överskrida 1 procent. Mycket goda resultat erhålles vid fi- berkoncentrationer av 1,5 viktprocent och koncentrationen kan uppgå till 2 viktprocent och även högre. Ett lämpligt koncen- trationsintervall är mellan 0,8 och 2,5%, och företrädesvis från 1,5 till 2%. Förfarandet ger således väsentliga fördelar då det med korta behandlingstider och mycket god rening kan ge en högst avsevärd minskning av hanterade vattenmängder.

Den teori som utnyttjas i denna uppfinning är "klassisk" 516 480 6 strömningsmekanik. För att en bubbla skall kunna stiga uppåt genom suspensionen måste dess lyftkraft överskrida den viskö- sa flytspänningen på suspensionen. Den skjuvspänning som mås- te överskridas står i relation till den skenbara viskositet som uppkommer då suspensionen är i rörelse. Den skenbara vis- kositeten i suspensionen står i direkt förhållande till sus- pensionens reologi och det flödesfält som existerar i flödes- domänen. Den stigkraft som behövs för att bubblan skall sti- ga, i en suspension i rörelse, står i relation till den om- givande suspensionens spänningstillstånd. För att kunna opti- mera skjuvfältet i suspensionen, dvs optimera bubbeltranspor- ten, måste man ha kännedom om flödesfältet och suspesionens reologi. Genom att minska bubbeltransportlängden och kontrol- med hjälp av rätt flödesfält, kan en väsentligt förbättrad bubbeltransport erhållas. lera skjuvspänningen, De ovan givna parametrar vad gäller strålarnas hastighet, deras antal, riktning etc är baserade på insikten av betydel- sen av ett flertal faktorer. Så innebär t ex små bubblor en större effektivitet i attraktionen mellan dessa och de föro- renande, hydrofoba partiklarna som skall avlägsnas. Små bubb- lor har emellertid oftast inte tillräcklig flytkraft för att passera genom det nätverk som finns i fibersuspensioner. Ge- nom att de små bubblorna i föreliggande förfarande kommer att avges över en större yta i gränsskiktet mellan varje stråles yta och den fria suspensionsvolymen, bulken, kommer viss koa- lescens av bubblorna att ske vilket medför ökad lyftkraft.

Fibernätverket i sig får även i själva flotationsförfarandet en mekanisk påverkan i form av ett hastighetsfält. Skjuv- spännningarna som då uppkommer i volymen kommer att hjälpa bubblornas transport mot separationszonen.

I figur 1 visas schematiskt en genomskärning av en riktad stråle med hög inloppshastighet in i. en flotationskammare.

Figur 2 visar schematiskt en rektangulär cellutformning och Figur 3 visar schematiskt en cirkulär cellutformning.

I figur 1 är de med bokstäver betecknade områdena är A) B) jetstråle och C) bulkvolym. I figur 2 och 3 är A) fördelaren som matar massan till dysorna (luf- inströmningsöppning, ten blandas in med en blandare mellan fördelaren och dysans utlopp), B) jetstrålen, C) ytan i separationszonen där skum- c- . | r ø 00 516 480 7 met samlas och D) ytan i rejektkammaren. Rejektet rinner i detta fall till rejektkammaren via en bräddavloppskant.

Uppfinningen illustreras närmare i det efterföljande ex- emplet, vilket emellertid inte är avsett begränsa densamma.

Egempel 1 En suspension av returfiber från dagstidningar och vecko- tidningar med en koncentration av 1,5 % och innehållande flo- tationskemikalier blandades med 20% luft i en statisk blanda- re och sprutades in i en rektangulär flotationsbehållare med en längd av 3 m, en bredd av 2 m och en vätskehöjd av 1,1 m. insprutningsmunstycken användes vid ett totalt flöde av 5000 1/min och en inloppshastighet av 9 m/s. Strålarna in- sprutades från behållarens undre del, snett uppåt mot den fria vätskeytan utan att bryta denna. Strålarna var riktade mot skärningslinjen mellan vätskeytan och behållarens bakre begränsningsyta. Ljusheten för den ingående suspensionen var 41,5 % ISO. Ljusheten ökade till 50,5 % ISO efter ett steg.

Här skall nämnas att för att uppnå samma resultat med ett konventionellt flotationsförfarande med identisk suspension måste koncentrationen sänkas till 1,0% och flotationen måste dessutom göras i två steg.

Som framgår gav förfarandet enligt uppfinningen en mycket god avfärgning och detta vid en i förhållande till konventio- nella anläggningar hög fiberkoncentration. Här kan även näm- nas att 'vid. en. normalproduktion av' returfibermassa av 500 ton/dygn innebär en ökning av koncentration vid flotations- steget från 1 viktprocent till 1,5 viktprocent en minskning av vattenmängden från 50 000 m3 till 33 300 m3 per dygn.

Claims (10)

.»~.. 516 480 'i 8 Eatentkrav

1. Förfarande för rening av en fibersuspension medelst en flotationsprocess, vid vilken den huvudsakliga separations- kraften är gravitation, innefattande avskiljande av de ämnen som borttagas i en skumfas, kännetecknat av att en blandning av fibersuspensionen som skall renas och gasbubblor införes i en definierad bulkvolym i en flotationsbehållare via en eller flera inströmningsöppningar från vilka avges riktade strålar vilka har en inloppshastighet som är större än 5 m/s och av att inströmningsöppningarna är belägna så att strålarna ej bryter begränsningssytorna på bulkvolymen eller annan stråle vid vald inströmningshastighet.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att inlopps- hastigheten är större än 8 m/s.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att minst tre strålar utnyttjas,

4. Förfarande enligt något av kraven 1 till 3, känneteck- nat av att inströmningsöppningarna är belägna vid eller nära behållarens botten och att strålarna är riktade uppåt, rakt eller snett, mot bulkvolymens fria yta.

5. Förfarande enligt krav 4, kännetecknat av att strålar- nas hastighet avpassas så att de avklingar vid eller strax under ytan.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, känneteck- nat av att strålarnas antal och hastighet avpassas så att största möjliga skjuvyta på strålarna erhålles.

7. Förfarande enligt något av föregående krav, känneteck- nat av att de inströmningsöppningar via vilka blandningen av suspension och gasbubblor införes utgöres av dysor.

8. Förfarande enligt något av föregående krav, känneteck- nat av att suspensionen har en fiberkoncentration av 0,8 till 2,5 viktprocent.

9. Förfarande enligt krav 9, kännetecknat av att suspen- sionen har en fiberkoncentration från 1,5 till 2 viktprocent.

10. Förfarande enligt något av föregående krav, känne- tecknat av att fibersuspensionen är returfibersuspension som skall avfärgas och/eller renas från andra ämnen.