AT401654B - Verfahren zur entwässerung und waschung von rotschlamm - Google Patents

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AT401654B
AT401654B AT0194394A AT194394A AT401654B AT 401654 B AT401654 B AT 401654B AT 0194394 A AT0194394 A AT 0194394A AT 194394 A AT194394 A AT 194394A AT 401654 B AT401654 B AT 401654B
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Description

AT 401 654 B
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwässerung und Waschung von Rotschlamm, gegebenenfalls mit Beimengung von Sand, insbesondere aus dem Bayer-Prozeß zur Aluminiumgewinnung aus Bauxit, unter Verwendung von Filtern, wobei auf dem Filter Lauge ausgewaschen wird.
Tonerde (Aluminiumoxid, AI2O3) wird grundsätzlich durch ein Auslaugen von Bauxit durch den sogenannten Bayer-Prozeß als Zwischenprodukt in der elektrolytischen Herstellung von Aluminium erhalten. Rotschlamm, der Rückstand des Bayer-Prozesses, muß in beträchtlicher Menge entsorgt werden. Die Entfernung des Rotschlamms ist eine der größten technischen und wirtschaftlichen Probleme des Bayer-Prozesses. Der geschlossene Kreislauf wird die meiste Zeit mit einer übersättigten Tonerdelösung bei erhöhten Laugenkonzentrationen und Temperaturen betrieben. Der feste und fein verteilte Rotschlamm muß aus diesem Kreislauf abgetrennt und ausgewaschen werden, wobei eine Verdünnung und Abkühlung der Betriebslauge erfolgt, wodurch eine unerwünschte Ausfällung von Tonerde hervorgerufen wird. Diese Tonerde sowie mit dem Rotschlamm entsorgte Flüssigkeit, welche Lauge und zusätzliche Mengen Tonerde enthält, sind maßgebende Verluste, die jedoch durch geeignete Wahl der Prozeßführung eingedämmt werden können. Je tiefer die Menge und Konzentration der Restfeuchte im Rotschlamm gehalten werden kann, um so geringer fallen die Verluste aus. Beschränkte Mengen an Waschwasser können zur Rückführung bzw. Auswaschung dieser Wertstoffe verwendet werden. Übermäßiger Wasserverbrauch erfordert jedoch zusätzliche Ausdampfung bzw. Eindampfkapazität.
Bei den heutigen Verfahren ist insbesondere das Gegenstromdekantieren (counter current decantation CCD) eingesetzt. Es werden Eindicker zum Abtrennen, Eindicken und Auswaschen von Rotschlamm verwendet. Die folgende Gegenstromdekantation (CCD) besteht aus einer Serie von Waschstufen. Üblicherweise werden 5 bis 7 Stufen, jede mit 2 oder mehr Wäschern von zumindest 30 m Durchmesser für die üblichen Tonerdekapazitäten im Bereich von 1 Million Tonne pro Jahr angewandt. Diese Verfahren benötigen üblicherweise 3 bis 5 m3 Wasser Tonne trockenen Schlamm, wodurch ein Überschuß von 1 bis 4 m3 pro Tonne über die verfahrensnotwendige Menge erreicht wird. Der Rotschlamm wird anschließend in Becken oder Lagunen gepumpt, die oft viele Kilometer von der Anlage entfernt sind. Ohne weitere Behandlung trocknet der Schlamm dann auf ca 50 % Feststoffe.
Als Alternative zur Gegenstromdekantation bzw. als Ergänzung werden oft Trommelfilter zur Abtrennung des Rotschlamms durch Filtration eingesetzt. Die Vakuumfiltration wird nach 3 bis 4 Waschstufen durchgeführt, wobei eine Restfeuchte von 45 % erreicht werden kann, bei einem Bedarf von 2 bis 3 m3 Waschwasser pro Tonne trockener Schlamm. Der Schlamm wird hier ebenfalls durch Pumpen, insbesondere Dickstoffpumpen, mit hohen Drücken zu einem Absetzteich gepumpt, wo ein maximaler Feststoffgehalt nach Trocknung von bis zu 65 % erreicht werden kann.
Beispielsweise beschreibt die AU 77638/81 B ein Verfahren zur Lagerung von thixotropen Schlämmen, wie Rotschlamm, bei dem dem feuchten Schlamm ein Elektrolyt beigemengt, die Mischung verflüssigt und einem Absetzteich zugeleitet wird. Die DD 268 406 A5 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Lagerung von Rotschlamm, wobei Kalk zugesetzt wird, sodaß eine homogene Mischung erzeugt werden kann, die als stabiler Haufen gelagert werden kann.
Diese Technologien zur Entfernung des Rotschlamms haben eine Anzahl von Nachteilen. Das Sodalit, ein Natrium-Aluminium-Silikat verläßt den Kreislauf in einer festen Phase mit dem Rotschlamm, und bedeutet einen großen Chemikalienverlust von Lauge und Tonerde, wobei dies die Produktionskosten wesentlich beeinflußt. Weiters wird der Anlagenwirkungsgrad durch die Abtrennung von Rotschlamm in relativ großen Einrichtungen und einer daraus folgenden erhöhten Wartezeit beeinflußt. Die Temperatur und Laugenkonzentration werden reduziert und damit sinkt die Laugenstabilität, wodurch sich ein beträchtlicher, unerwünschter Verlust von gelöster Tonerde ergibt, die wiederum die Anlagenproduktivität und daraus folgend die Gesamtkosten beinflußt. Diese löslichen Tonerdeverluste können die Übersättigung der Prozeßströme und in weiterer Folge die Lauge und Anlagenproduktivität beeinflussen und dadurch die spezifischen fixen Kosten erhöhen. Der Endfeststoffgehalt vom zu entsorgenden Rotschlamm ist immer noch unzureichend. Es werden hier 0,8 bis 1,5 m3 Lauge pro Tonne trockener Schlamm verschwendet. Obwohl die Suspension durch das im Gegenstrom geführte Waschwasser verdünnt wurde, werden beträchtliche Mengen von löslicher Lauge und Tonerde zu den Rotschlammteichen als Abfall ausgeschieden. Das zum Auswaschen verwendete Überschußwasser erfordert zusätzlichen Dampf und Verdampfungskapazitäten um die Temperatur und Konzentration im Kreislauf zu erhalten, wodurch die Produktions- und die Kapitalkosten erhöht werden. Bei einem Feststoffgehalt von 30 bis 55 % verbleibt der Rotschlamm in einem thixotropen Bereich mit einer großen Menge von freier Lauge, wodurch dies für die Behandlung und Lagerung kritisch wird.
Keine der bekannten Technologien kann das Problem der Festphasenverluste lösen, die durch den reaktiven Siliciumgehalt im Bauxit bedingt sind. 2
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Ziel der Erfindung ist es die oben angeführten Nachteile zu vermeiden. Dabei soll insbesondere der Verlust an Lauge und Tonerde in der festen Phase (gebundenen Form) verringert werden und ein nicht thixotroper Schlamm für eine saubere und wirtschaftliche Entsorgung erzeugt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Waschung und Entwässerung unter Überdruck erfolgt. Die Waschung kann dabei mit heißem Wasser und/oder mit Wasserdampf durchgeführt werden. Durch die Waschung und Entwässerung unter Überdruck, insbesondere mit heißem Wasser bzw. Dampf, werden die im Feststoff (Schlamm/Abfallprodukt) gebundenen Wertstoffe gelöst und ausgewaschen. Daraus ergibt sich insbesondere ein geringerer Natronlaugenverbrauch durch eine größere Rückgewinnung bzw. Laugenregeneration und je nach Betriebsbedingungen auch eine Reduktion der Tonerdeverluste. Gleichzeitig wird eine Verbesserung der ökologischen Verträglichkeit des zu deponierenden Rotschlamms durch Verminderung der anhaftenden Flüssigkeit und Lauge, verbunden mit der Beseitigung thixotroper Schlammeigenschaften erreicht.
Eine weitere günstige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Waschung und Entwässerung bei Überdrücken zwischen 2 und 8 bar, insbesondere 4 bis 5 bar, erfolgt. Durch die Anwendung hohen Drücke, kann auch Heißwasser mit Temperaturen weit über 100 °C eingesetzt werde, wodurch die Waschung sehr begünstigt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Waschung bei dünnen Schichten des Rotschlammes, zwischen 1 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 3 mm und 6 mm, durchgeführt wird. Dadurch kann die Waschung besonders effektiv die gesamte Menge an Rotschlamm erfassen.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Filters zwischen 0,1 und 3 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise zwischen 1 und 2 Umdrehungen pro Minute, beträgt.
Eine besonders günstige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß Entwässerung des Rotschlammes auf eine Restfeuchte von 15 bis 35 Gew.-%, insbesondere von 20 bis 25 Gew.-%, erfolgt. In diesem Bereich zeigt der resultierende Filterkuchen kein thixotropes Verhalten mehr. d.h. es ist keine weitere Trennung von Feststoff und Flüssigkeit (Säure) beispielsweise beim Transport bzw. bei der Lagerung zu erwarten.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Waschung des Rotschlammes mit einer Waschwassermenge von mehr als 0,5, vorzugsweise bis 1,0 m3 pro Tonne trockener Schlamm, durchgeführt wird.
Die Erfindung betrifft weiters eine Anlage zur Entwässerung Filtration und Waschung von Rotschlamm unter Verwendung eines Filters, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens. Sie ist vornehmlich dadurch gekennzeichnet, daß das Filter in einem Überdruckraum eingesetzt wird.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Filter ein Drehfilter, insbesondere ein Scheibenfilter vorgesehen ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Überdruckraum eine zusätzliche Dampfhaube über dem Filter vorgesehen ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Verteileinrichtung zur Verteilung des Waschwassers über die Filterfläche vorgesehen ist. wobei unter Verwendung eines Scheibenfilters, die Verteileinrichtung beidseitig der Filterscheibe(n) angeordnet sein kann und sich in radialer Richtung weitestgehend über die Filterfläche erstreckt.
Die Erfindung wird nun im folgenden anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert wobei Fig. 1a das Fließschema einer Variante des Bayer-Verfahrens, Fig. 1b das Apparateschema einer Ausführung dieser Variante des Bayer-Verfahrens. Fig. 2 eine typische Variante für eine Gegenstromdekantation nach dem Stand der Technik, Fig. 3 eine Variante nach der Erfindung, Fig. 4 eine Variante einer Anlage und Fig. 5 eine weitere Variante einer Anlage gemäß der Erfindung darstellt.
Fig. 1a zeigt ein Fließschema der Herstellung von Aluminium-Oxid (Tonerde) aus Bauxit nach dem Bayer-Verfahren. Im Eindicker 1 wird der Rotschlamm aus dem Prozeß abgetrennt und eine Serie von Wascheindickern 2 (je nach technischen und wirtschaftlichen Voraussetzungen) sowie in weiterer Folge einem Filter 3 zugeführt. Zur Auswaschung wird in der Filtration zusätzlich Wasser 4 aufgegeben und der Rotschlamm 5 auf eine Halde bzw. in einen Absetzteich geleitet.
Fig. 1b zeigt das entsprechende Apparateschema zu Fig. 1a, wobei ausgehend vom Eindicker 1 der Rotschlamm einer Gegenstromwaschanlage zugeführt wird. Nach entsprechender Wäsche in einer variablen Anzahl von Waschstufen (üblichertweise 3 bis 4) wird der Rotschlamm auf Vakuumtrommelfiltern 3 entwässert, gewaschen und anschließend der eingedickte Rotschlamm 5 zur Halde gepumpt.
In Fig. 1a und 1b ist der in der weiteren Folge betrachtete und durch die vorliegende Erfindung verbesserte Verfahrensablauf durch einen mit X bezeichneten strichlierten Rahmen gekennzeichnet. 3
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In Fig. 2 ist eine typische Standardlösung für eine Gegenstromdekantation mit 5 Waschstufen dargestellt. Die Mengen und Konzentrationen der einzelnen Stoffströme sind in Tabelle 1 zusammengestellt, wobei es sich um Näherungswerte bei einem theoretischen Wirkungsgrad von 100 % handelt. Die Rotschlammsuspension der Voreindickung wird über eine Leitung 11 dem ersten Wascheindicker 10 zugeführt. Der Unterlauf des Eindickers wird anschließend auf den nächsten Wascheindicker 20 aufgegeben. Der Überlauf 23 des Wascheindickers 20 wird zur weiteren Auswaschung dem Zulauf 11 vor Eintritt in die Waschstufe 10 beigegeben. Der Überlauf 13 des Wascheindickers 10 wird anschließend wieder in den Kreislauf zurückgeführt. Die weiteren Waschstufen sind analog aufgebaut. Der Unterlauf 52 des Wascheindickers 50 wird ausgeschieden und auf eine Halde bzw. in einen Absetzteich 6 gepumpt. Nach einem weiteren Absetzvorgang wird eine geringfügige Menge an Natronlauge 7 aus dem Absetzteich 6 rückgeführt, mit Frischwasser 8 ergänzt und über eine Leitung 9 der Waschstufe 50 zum Auswaschen aufgegeben. Der Rotschlamm im Absetzteich weist nunmehr einen Feststoffgehalt von ca 55 % und einen Restlaugengehalt von ca 1,3 % auf, wobei letzterer den Verlust für den Kreislauf darstellt und an anderer Stelle teure Frischlauge in den Kreislauf eingeführt werden muß.
In Fig. 3 ist nunmehr das Verfahren gemäß der Erfindung dargestellt. Analog zu Fig.2 sind hier mehrere Waschstufen vorgesehen, wobei nur mehr 4 Waschstufen benötigt werden. Der Unterlauf 42 des Wascheindickers 40 wird hierbei einem sogenannten Druckfilter 60 aufgegeben. Zur Auswaschung wird diesem Druckfilter 60 weiters Heißwasser 8' zugeführt. Alternativ kann auch Dampf zugeführt werden. Der Filterkuchen 62 des Druckfilters 60 enthält nunmehr ca 75 % Feststoffe und lediglich ca 1 %o Natronlauge als Verlust, die einem Absetzteich 6 zugeführt werden. Das Filtrat 63 des Druckfilters wird mit Frischwasser 8 versetzt und über eine Leitung 9 der 4. Waschstufe 40 zur Auswaschung aufgegeben. Durch dieses Verfahren können der Feststoffgehalt von ca 55 auf ca 75 % erhöht und die Verluste an Natronlauge auf etwa ein Zehntel des bisherigen Verlustes verringert werden. Die zusätzlich ausgewaschene Natronlauge wird im Filtrat 63 und über die Waschstufen 10, 20, 30, 40 wieder in den Kreislauf zurückgeführt.
Fig. 4 zeigt nun den Teil der Anlage, der das Druckfilter 60 betrifft im Detail. Das Druckfilter 60 besteht hierbei aus einem Druckkessel 70, in dem ein Filter mit einem Filtertrog 71, Filterscheiben 72, Motor 73 und Steuerkopf 74 im Inneren des Druckraums des Druckkessels 70 untergebracht sind. An Stelle einer Filterscheibe können einerseits mehrere auf der Welle angebrachte Filterscheiben, andererseits auch eine Filtertrommel Anwendung finden.
Der Unterlauf 42 des Wäschers 40 wird über eine Pumpe 64 in den Trog 71 des Druckfilters 60 geleitet. Dort erfolgt einerseits eine kontinuierliche Kuchenbildung und in weiterer Folge während der Entfeuchtungsphase die Waschung des aus der Suspension gebildeten Filterkuchens. Dazu wird Frischwasser 8' über eine Pumpe 78 und eine geeignete Verteileinrichtung 83 auf die Filterscheiben bzw. die Filtertrommel aufgegeben. Das Filtrat wird über einen Steuerkopf 74 in einen Filtratabscheider 75 geleitet, in dem eine Trennung zwischen Abluft 76 und mit Natronlauge angereicherten Filtrat 63 erfolgt. Dabei kann das Filtrat aus der Kuchenbildung und das Filtrat aus der Wasch- bzw. Entfeuchtungszone getrennt abgeführt werden. Der Feststoff wird vom Filter abgenommen und über eine Austragsschleuse 77 und eine geeignete Fördereinrichtung 65 auf eine Deponie 6 geführt. Als Fördereinrichtung kann abhängig vom erzielten Restfeuchtegehalt im Filterkuchen entweder ein konventionelles Fördersystem, wie z.B.Förderbänder oder eine Dickstoffpumpe zum Einsatz kommen. Zur Erzeugung des für die Kuchenbildung und Entfeuchtung erforderlichen Betriebsdrucks im Druckkessel 70 wird über einen Kompressor 79 Luft in den Druckkessel 70 geleitet. Weiters wird eine geringe Menge Luft mit geringfügig höherem Druck in den Steuerkopf 74 und von dort in die Filterscheibe 72 bzw. Filtertrommel geleitet, um den Filterkuchen vom Filtermedium abzuwerfen.
Fig. 5 stellt eine ähnliche Anlage dar, wobei statt Heißwasser nunmehr Dampf für das Auswaschen der Natronlauge aus dem Rotschlamm angewendet wird. Dazu ist über der Filterscheibe 72 und über dem Filtertrog 71 eine sogenannte Dampfhaube 82 angebracht, in die über eine Leitung 81 Dampf eingebracht wird.
Die Zeichnungen zeigen lediglich beispielhaft die Ausgestaltungen der Erfindung, wobei z.B. auch denkbar wäre, daß der Druck im Druckkessel 70 durch reinen Dampf erzeugt wird und so die Zufuhr von Druckluft sowie auch die Druckhaube entfallen könnten. Eine Druckfiltration ohne Waschstufen, allenfalls zweistufig oder unter Beimischung von Sand sind weitere mögliche Anwendungen. Auch die Verwendung eines Bandfilters im Druckkessel stellt eine mögliche Variante dar. 4
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Tabelle 1
Standard CCD Pos. Stelle Laugenkonz, g Na20 I Feststoffkonz, g /1 10 Wäscher I 90 400 11 Zulauf 130 450 12 Unterlauf Wäscher I 90 400 13 Überlauf Wäscher I 90 0 20 Wäscher II 60 400 21 Zulauf Wäscher II 90 400 22 Unterlauf Wäscher II 60 400 23 Überlauf Wäscher II 60 0 30 Wäscher III 40 400 31 Zulauf Wäscher III 60 400 32 Unterlauf Wäscher III 40 400 33 Überlauf Wäscher III 40 0 40 Wäscher IV 20 400 41 Zulauf Wäscher IV 40 400 42 Unterlauf Wäscher IV 20 400 43 Überlauf Wäscher IV 20 0 50 Wäscher V 10 400 51 Zulauf Wäscher V 20 400 52 Unterlauf Wäscher V 10 400 53 Überlauf Wäscher V 10 0 6 Absetzteich 16 900 7 Filtratrückführung vom Absetzteich 10 0 8 Frischwasser 0 0 9 Waschwasserzulauf 3,6 0 5

Claims (13)

  1. ΑΤ 401 654 Β Tabelle 2 Druckfiltration Pos. Stelle Laugenkonz, g Na20 l Feststoffkonz, g /1 10 Wäscher l 70 400 11 Zulauf 130 450 12 Unterlauf Wäscher I 70 400 13 Überlauf Wäscher I 70 0 20 Wäscher II 40 400 21 Zulauf Wäscher II 70 400 22 Unterlauf Wäscher II 40 400 23 Überlauf Wäscher II 40 0 30 Wäscher III 25 400 31 Zulauf Wäscher III 40 400 32 Unterlauf Wäscher III 25 400 33 Überlauf Wäscher III 25 0 40 Wäscher IV 10 400 41 Zulauf Wäscher IV 25 400 42 Unterlauf Wäscher IV 10 400 60 Druckfilter 9 400 62 Filterkuchen 3 1500 63 Filtrat 9 0 8 Frischwasser 0 0 8' Waschwasser Druckfilter 0 0 9 Waschwasserzulauf Wäscher IV 3 0 Patentansprüche 1. Verfahren zur Entwässerung / Filtration und Waschung von Rotschlamm, gegebenenfalls mit Beimengung von Sand, insbesondere aus dem Bayer-Prozeß zur Aluminiumgewinnung aus Bauxit, unter Verwendung von Filtern, wobei auf dem Filter Lauge ausgewaschen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschung und Entwässerung unter Überdruck erfolgt, wobei gebundene Lauge regeneriert und ein Rückstand mit hohem Trockengehalt produziert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschung mit heißem Wasser von über 80 *C, vorzugsweise über 100 °C, durchgeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschung mit Wasserdampf, insbesondere Sattdampf, durchgeführt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschung und Entwässerung bei Überdrücken zwischen 2 und 8 bar, insbesondere 4 bis 5 bar, erfolgt. 6 AT 401 654 B
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschung bei dünnen Schichten des Rotschlammes, zwischen 1 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 3 mm und 6 mm, durchgeführt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Filters zwischen 0,1 und 3 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise zwischen 1 und 2 Umdrehungen pro Minute, beträgt.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Entwässerung des Rotschlammes auf eine Restfeuchte von 15 bis 35 Gew.-%, insbesondere von 20 bis 25 Gew.-%, erfolgt.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschung des Rotschlammes mit einer Waschwassermenge von mehr als 0,5, vorzugsweise bis 1,0 m3 pro Tonne trockener Schlamm, durchgeführt wird.
  9. 9. Anlage zur Entwässerung / Filtration und Waschung von Rotschlamm unter Verwendung eines Filters, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter in einem Überdruckraum (70) eingesetzt wird.
  10. 10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter ein Drehfilter, insbesondere ein Scheibenfilter (72) vorgesehen ist.
  11. 11. Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Überdruckraum (70) eine zusätzliche Dampfhaube (82) über dem Filter vorgesehen ist.
  12. 12. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verteileinrichtung (83) zur Verteilung des Waschwassers über die Filterfläche vorgesehen ist.
  13. 13. Anlage nach Anspruch 12 unter Verwendung eines Scheibenfilters, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteileinrichtung (83) beidseitig der Filterscheibe(n) (72) angeordnet ist und sich in radialer Richtung weitestgehend über die Filterfläche erstreckt. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen 7
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