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Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden von Feststoffschlämmen aus
Trüben durch kontinuierliches Absetzen und Eindicken Die Erfindung befaßt sich mit
einer Weiterentwicklung von Eindickverfahren und Eindickern, wie sie zur Abscheidung
von Feststoffen aus Trüben in Form von Schlamm unter Ausnutzung der Sedimentation
der in der Trübe schwebenden Feststoffteilchen in der chemischen und insbesondere
in der metallurgischen Industrie in weitem Maße Verwendung finden.
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Die Eindicker bestehen im allgemeinen aus einem flachen Gefäß, dessen
oberer Rand als Überlauf für die geklärte Flüssigkeit dient und in dem sich über
den Boden hinweg ein Krählwerk bewegt, das aus ungefähr waagerechten Krählarmen
und daran mittels Stielen befestigten Krählschaufeln besteht und mit dessen Hilfe
der abgeschiedene Schlamm zu einer Öffnung in der Mitte des Bodens geschoben wird,
die auch mit einem regelbaren Ventil versehen sein kann.
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Bisher gab man sich durchweg damit zufrieden, wenn man aus dem Eindicker
einen Schlamm aus tragen kann, der zwar gut pumpfähig bleibt, der jedoch infolge
seines geringen Feststoffgehaltes in vielen Fällen wertvolle Flüssigkeit mit sich
führt.
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Die bekannten Eindicker sind daher bisher so ausgehildet, daß die
Krählschaufeln entweder unmittelbar an den Kräblarmen befestigt sind, oder falls
die Krählarme mit Abstand oberhalb der Krählschaufeln angeordnet sind, werden die
Krählschaufeln bisher nur mit schwachen Verbindungsteilen, beispielsweise Stangen,
an den Krählarmen befestigt. Diese Art der Befestigung reicht ihrer Festigkeit nach
gerade eben aus, um einen noch pumpfähigen Schlamm zum Austrag zu fördern. Die in
solcher Weise arbeitenden üblichen Eindicker werden außerdem mit sorgfältig auf
Überlastung eingestelltenAlarmvorrichtungen ausgerüstet, die auch die Anlage stillsetzen,
wenn in dieser eine festgelegte Höchstbelastung auftritt. Bei wieder anderen Eindickern
sind die Krählschaufeln nachgiebig an den Armen befestigt, und wieder andere haben
drehbare Krählarme, an denen die Arme selbst scharnierartig an einem zentrischen
Käfig aufgehängt sind, um über zähe Ansammlungen hinwegzugleiten, anstatt diese
zu erfassen.
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Die üblichen Eindicker arbeiten also in einem Eindickungsbereich,
in welchem die Krählschaufeln nur dazu dienen, die Bewegung des Schlammes, d. h.
sein Abwärtsgleiten auf dem geneigten Beckenboden gegen den Auslaß zu unterstützen,
und die verhältnismäßig niedrige Schlammkonzentration hat man als die im Eindicker
erreichbare Endkonzentration angesehen.
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In diesem Zustand hat die innere Schlammstruktur jenes Maß erreicht,
bei welchem die Teilchen einander berühren, jedoch sich nicht weiter absetzen. Im
Vergleich zu den darüberliegenden Zwischen- und Übergangszonen des Absetzvorganges
ist die Höhe der Schlammschicht bei der bisherigen Arbeitsweise sehr
niedrig und
wird eingestellt im Hinblick auf einen geregelten Schlammaustrag. Bei dem bekannten
Eindickerbetrieb erhält man also nur eine sehr niedrige 5 chlammkonzentration.
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Im Gegensatz zu den Eindickern üblicher Art hat sich die Erfindung
die Aufgabe gestellt, bei der Klärung und Eindickung einen höchstmöglichen Feststoffgehalt
des aus dem Eindicker auszutragenden Schlammes zu erzielen, und zwar insbesondere
bei Trüben mit solchen Stoffen, die eine sehr hohe Absetzgeschwindigkeit besitzen
und einen sehr zähen und schweren Schlamm ergeben. In solchen Fällen besteht eine
besondere Schwierigkeit darin, den sich bildenden Schlamm während des Eindickvorganges
stets fließfähig zu erhalten und lokale Ablagerungen zu vermeiden. Derartige Schlämme
besitzen nämlich oftmals in höherer Konzentration ein thixotropesVerhalten und neigen
dann zu einer Verfestigung, die die Fließfähigkeit aufhebt und infolge örtlicher
Verfestigung und Ablagerung in kurzer Zeit den Betrieb des Eindickers zum Erliegen
bringen würde, ganz abgesehen davon, daß sie nicht mehr pumpfähig sind.
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An dem Gedanken, daß beim Eindicken die Pumpfähigkeit des Schlammes
erhalten bleiben muß, halten auch bekannte Spezialeindicker fest, die das Ziel einer
stärkeren Entwässerung des Schlammes verfolgen.
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Einer dieser bekannten Eindicker, der für Flockungsschlämme, insbesondere
Glutinpülpe aus der Stärkefabrikation vorgesehen ist, sieht die Anordnung eines
zaunartigen Gebildes aus senkrechten Stangen oder
Stäben vor, die
oberhalb der Krählarme emporragen und innerhalb der Kompressionszone arbeiten, dort
eine sanfte Durchrührung bewirken und das Entweichen des Wassers aus den Flocken
in der Kompressionszone erleichtern.
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Ein anderer bekannter Eindicker, der insbesondere für metallurgische
Erzschlämme bestimmt ist, sieht ein Krählwerk vor. bei dem sich die Krählarme in
verhältnismäßig geringem Abstand oberhalb der Krählschaufeln befinden und dler Zwischenraum
zwischen beiden mit Rührvorrichtungen, z. B. Ketten, Krählschaufeln aus Gummi od.
dgl., besetzt ist. Außerdem sind am Boden des Eindickers aufrecht stehende Streifen
aus starrem oder biegsamem Material vorgesehen, die mit den darüber hinwegstreiehenden,
vorzugsweise nachgiebig ausgebildeten Krählschaufeln zusammenarbeiten sollen. Auch
dieser Eindicker arbreitet auf die Erzielung eines noch pumpfähigen Schlammes hin.
Eine solche Anordnung kann aber den gemäß der Erfindung zu stellenden Anforderungen
schon deshalb nicht genügen, weil biegsame Krählschaufeln benutzt werden, die bei
höher werdendem Eindickungsgrad sich einfach umlegen und unwirksam werden. Darüber
hinaus ist diese bekannte Eindi ckervorri chtung auch durch das ständige Übereinandergleiten
der Teile einem sehr starken Verschleiß unterworfen.
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Demgegenüber stützt sich die Erfindung auf die überraschende Erkenntnis,
daß es selbst bei einem Schlamm, der infolge seiner thioxotropen Eigenschaften an
sich nicht mehr fließfähig sein würde, möglich ist, ihn im Eindicker weiter zu konzentrieren
und aus zutragen, indem gemäß der Erfindung der Schlamm in der Schlammzone in einer
über die Höhe der mittels Stielen starr am Krählwerk befestigten Krählschaufeln
reichende Schicht angesammelt und durch die Schaufeln in größerer Menge zur Mitte
gefördert wird, als in der gleichen Zeit anfällt, und dabei umgewälzt, durchknetet
und fließfähig gehalten wird.
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Dadurch gelingt es, den Schlamm trotz seiner Neigung zur Verfestigung
stets fließfähig zu erhalten und störungsfrei aus dem Eindicker auszutragen. Dabei
liefert die Schlammschicht die zur Erzielung des gewünschten, über die Pumpfähigkeit
hinausgehenden Eindickungsgrades erforderliche. zusätzliche statische Pressung.
Verarbeitet man beispielsweise eine Erzstaubtrübe, so gelingt es gemäß der Erfindung,
eine Anreicherung bis zu einem Feststoffgehalt von 4400 g je Liter zu erzielen,
was eine Konzentration bedeutet. die bei der bisherigen üblichen Ein,dickung ohne
weiteres zum Festbacken und Hartwerden des Schlammes führen würde, während sich
diese Erscheinungen bei dem Verfahren gemäß der Erfindung nicht einstellen, da eine
ständige Anstaubung, Durchmischung und Diirchknetuug des Schlammes erfolgt.
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Mit dieser Durcharbeitung des Schlammes gemäß der Erfindung werden
besondere Eindickeffekte erzielt: 1. Während in der wie iiblich oberhalb der Krählarme
befindlichen Klärzone jede Bewegung wegen der dabei auftretenden Beunruhigung von
Nachteil ist, bewirkt die Bewegung der Krählschaufeln innerhalb der Kompressions-
und Knetzone, welche in ihrer Höhe über die Krählschaufeln hinausreicht, eine günstige
Beeinflussung des weiteren Eindickvorganges. Da nämlich die Schaufeln erfindungsgemäß
eine größere Menge Schlamm zur Mitte fördern als in der gleichen Zeit ausgetragen
wird, bewegt sich der gesamte Schlamm unter der Wirkung der Krählschaufeln zunächst
über den Boden hinweg in Richtung zur Mitte hin. Der Überschuß des geförderten Schlammes,
der
nicht durch den Auslaß ausgetragen wird, staut sich in der Mitte an und fließt
dann in Richtung zum Rand des Eindickers hin wieder nach unten. Es strömt also ein
Teil des Schlammes in radialer Richtung nach außen, und dieser Schlammstrom nimmt
die nach unten sinkenden neuen Feststoffteilchen in sich auf, wobei so viel aus
dem Eindicker an Schlamm ausgetragen wird, wie neue Feststoffteilchen in den Eindicker
gelangen. Gleichzeitig wird der Schlamm bei der Förderung durch die einzelnen Schaufeln,
wobei er zum Teil über sie hinwegquillt, einem zusätzlichen Kneteffelst ausgesetzt.
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2. Bei diesem Durcharbeitungsvorgang wird insbesondere bei Trüben
unterschiedlicher Teilchengröße eine Durchmischung der verschiedenen Teilchenfraktionen,
die sich in dem Eindicker entmischt haben, erzielt und dadurch weiterhin die Konzentrierung
des Schlammes begünstigt; denn in die mit Flüssigkeit gefüllten Hohlräume, die zwischen
den groben, sich berührenden Teilchen vorhanden sind, dringen bei dem Umwälz- und
Knetvorgang die allerfeinsten Partikel ein; sie verdrängen dabei die Flüssigkeit,
die dann aus der Schlammschicht austritt, wodurch die Schlammkonzentration erhöht
wird.
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Das Ergebnis des Schlammeindickens gemäß der Erfindung ist ein bisher
beim Einldiclcen nicht erreichbarer Konzentrationsgrad, der der Konzentration eines
Filterkuchens vergleichbar ist.
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Die besondere Art der Eindickung gemäß der Erwindung läßt sich an
Hand der Abb. 1 der Zeichnung näher erläutern.
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In dieser Zeichnung ist für eine beliebige Trübe die Klärzeit als
Abszisse gegen die Klärsäule als Ordinate aufgetragen. Beobachtet man das Verhalten
einer Trübe in einem Standzylinder, so stellt man fest, daß die festen Trübstoffe
anfangs mit annähernd gleichbleibiender Geschwindiglceit nach unten sinken, jedoch
nach Ablauf einer bestimmten Absitzzeit, welche dem Punkt K entspricht, ihre Absitzgeschwindigkeit
außerordentlich verringern. Man sah es bisher als unwirtschaftlich an, dlen Schlamm
länger in dem Eindicker verweilen zu lassen, als es dem Punkt K der Kurve entspricht,
zumal bei der bisherigen Ausbildung der Klärhecken und der Krählwerke die Gefahr
besteht, daß im Eindicker bei zu großer Schlammhöhe infolge der Bewegung der Krählarme
der abgesetzte Schlamm wieder in die Absetzzone aufgewirbelt würde. Gemäß der Erfindung
wird den Feststoffteilchen Zeit und Gelegenheit gegeben, sich entsprechend dem anschließenden
Kurvenverlauf noch weiter abzusetzen. Die Eindickung wird bis an die Grenze der
Gebiete II und III der Kurve oder sogar bis in das Gebiet III hinein vorgetrieben,
da man den Schlamm entsprechend lange im Eindicker verweilen läßt und nur denjenigen
Anteil des Schlammes austrägt, der diesen Eindickungsgrad erreicht hat.
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In der Zeichnung Abb. 1 bis 7 sind verschiedene Ausführungsformen
von Eindickern zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung beispielsweise
dargestellt.
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In Abb. 2 bezeichnet 1 einen zylindrischen Behälter mit einem Austragsstutzen
2 in der Mitte des leicht konischen Bodens 3. Der Stutzen ist mit einem Absperrorgan
4 versehen. Eine rings um den oberen Behälterrand 5 herumffihrende Rinne 6 dient
der Abführung der überlaufenden klaren Flüssigkeit, die aus dem zylindrischen Teil
des Gefäßes nach dem Absetzen des Feststoffanteiles der Trübe aufsteigt. Das Krählwerk
besteht aus der kräftig gehaltenen Welle 7 und den Rrahlarmen 8, an denen sich an
sich bekannte,
jedoch starr angeordnete Stiele 9, die die Krählschaufeln
10 mit den Krählarmen verbinden, befinden.
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Der Absitzbehälter wird so hoch ausgeführt, daß sowohl die zur Erzielung
des gewünschten Eindickgrades erforderliche Schlammschicht als auch die zur Klärung
der Trübe crforderliche Flüssigkeitssäule darüber noch Platz findet. Die Krählarme
werden erfindungsgemäß so hoch über dem Behälterboden angeordnet, daß sie den Schlammspiegel
nicht mehr berühren. Die dicht über dem Behälterboden sich bewegenden Krählschaufeln
sind dementsprechend an langen Stielen angebracht. Diese Stiele müssen wegen der
infolge der Zähigkeit des Schlammes auftretenden großen Widerstände nicht nur besonders
kräftig sein, sondern auch eine Form erhalten, die den Absitzvorgang nicht beeinträchtigt
und die beim Durchschneiden des Schlammes den geringstmöglichen Widerstand hervorruft.
Beispielsweise werden ovale Querschnitte oder in Bewegungsrichtung stehende flache
Profile, die mit entsprechenden Rippen verstärkt sind, verwendet.
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Die Krählschaufeln werden zweckmäßigerweise mit ihren Stielen an den
Krählarmen durch Verschraubung befestigt, um sie auswechseln zu können.
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Der Abstand der einzelnen Krählschaufeln eines Krählarmes wird zur
Vermeidung von Brückenbildung - besonders bei Materialien, die zum Anbacken neigen
- möglichst groß gewählt. Zur Erzielung einer guten Förderung des Schlammes werden
die Schaufeln mit einer Krümmung ausgeführt, die einen stetigen Gleitwinkel gewährleistet.
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Höhe und Anzahl der Krählschaufeln sowie die Drehzahl des Krählers
werden so bemessen, daß immer eine größere Menge Schlamm von den Schaufeln zur Mitte
gefördert wird, also in der gleichen Zeit anfällt.
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Um dem Entmischungsvorgang beim Einlauf der Trübe in denAbsitzbehälter
bereits während derKlärphase zu begegnen, wird die Trübe zweckmäßig so zugeführt,
daß schon beim Beginn der Kompression in dem Schlammspiegel eine möglichst gleichmäßige
Kornverteilung vorliegt. Zu diesem Zweck werden beispielsweise nach Abb. 4 möglichst
viele Einläufe 12 an sich bekannter Bauweise mit Beruhiguiigszylindern 11 und Prallplatten
13 auf einem mittleren Durchmesser in gleichen Abstand um die Krählerwelle herum
angeordnet. Unter jedem Einlauf lagern sich -wie in Abb. 5 schematisch dargestellt-erfahrungsgemäß
die Feststoffteilchen gleicher Sinkgeschwindigkeit in konzentrischen Kurven ab.
Durch die Überschneidung der Ablagerungskurven der einzelnen Einläufe wird eine
rohe Vormischung und damit eine gleichmäßigere Kornverteilung erreicht.
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Als Austragsorgan für den Schlamm können beispielsweise - wie in
Abb. 6 dargestellt - ein an einem zentralen, entsprechend gestalteten rechteckigen
Stutzen angeordnetes Zellenrad oder nach Abb. 7 eine von zwei Absperrschiebern 14
und einem Schacht 15 gebildete Schleuse oder aber, wie schon bei den verschiedensten
Schlämmen mit Erfolg angewandt, nach Abb. 8 ein oder zwei in der Mitte des Behälterbodens
angeordnete kurze Stutzen 16 dienen, die zum Absperren und Regulieren des freien
Schlammablaufes beispielsweise mit einem Quetschventil 17 versehen sind. Als Absperrorgane
lassen sich auch eine Reihe anderer Ausführungen verwenden, sofern sie die Bedingung
erfüllen, dem herausquellenden, je nach Art des Materials mehr oder weniger zähen
Schlamm einen geringen Widerstand zu bieten.
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Es sind in der chemischen Industrie oft Trüben, wie beispielsweise
saure Metallsalzlösungen, zu klären, die einen Korrosionsschutz der zur Klärung
benutzten
Apparatur erforderlich machen. Die Behälter werden hierfür beispielsweise
mit einer säurefesten Ausmauerung versehen, während die Krähler durch einen Hartgummiüberzug
geschützt werden. Besondere Beachtung erfordern dabei die Krählschaufeln, insbesondere
bei der Klärung von Anschlämmungen von Erzstäuben, die zwar guteAbsitzverhältnisse
haben, dafür aber infolge der Härte der Erzteilchen einen stärkeren Verschleiß der
sich bewegenden Teile verursachen.
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Bei einem gemäß der Erfindung ausgeführten Eindicker zur Klärung von
solchen Trüben - es handelt sich im vorliegenden Fall um eine Erzstaubsuspension
in einer korrodierenden und zementierenden Metallsalzlösung - haben sich Schaufeln
bewährt, die in folgender Weise geschützt sind: Auf der üblichen Hartgummiauflage
erhielt die innere, nämlich die fördernde Seite der Schaufel eine Auflage aus verschleißfestem
Gummi lederharter oder weicher Qualität, während die vordere Kante, die den Schlamm
durchschneidet, mit einer weichen Gummiwulst versehen wurde. Erfahrungsgemäß ist
der meistbeanspruchte Teil die Unterkante der Schaufel, die beim ununterhrochenen
Gleiten über die feste Erzschicht, die sich im Dauerbetrieb im Klärbehälter zwischen
Schaufelunterkante und Behälterboden bildet, besonders starkemAhrieb unterworfen
ist. Sie wurde erfindungsgemäß besonders geschützt. Abb. 9 zeigt eine Ausführungsform
einer mit einer besonderen Schutzvorrichtung versehenen Krählschaufelunterkante.
In eine in die Unterkante der Schaufel eingearbeitete Nut 18 werden beispielsweise
flache, abriebfeste Sinterkorundsteine 19 aneinandergereiht eingesetzt. Die Befestigung
dieser Steine in der Nut erfolgt zweckmäßigerweise durch Einlegen der Steine in
die mit Rohgummi 20 ausgelegte Nut und spätere Vulkanisation. Bei weniger stark
beanspruchten Schlämmen genügt meist eine Auflage von Weichgummi auf die Unterkante
der Krählschaufel oder auch eine auf der Schaufel befestigte über ihre Unterkante
herausragende Platte, beispielsweise aus Weichgummi oder ähnlichem Material.
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Ausführungsbeispiele 1. Eine in einem Pottaschehetrieb anfallende
Ablauge, bestehend im wesentlichen aus einer Suspension von inontmorillonitartigem
Ton und Alkalichlorid in einer gesättigtenAlkalichloridlösung, wurde in einem Eindicker
normaler Ausführung in übl,icher Weise eingedickt. Hierbei lieferte der Schlammaustrag
einen Schlamm mit etwa 6,6°/oFeststoffen (spezifisches Gewicht der Feststoffe 2,5).
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Dieselbe Trübe wurde gemäß der Erfindung in einem Eindicker entsprechend
Abb. 2 eingedickt, wobei ein erheblich höheres Schlammbett als die Krählschaufelhöhe
angestaut wurde und der Schlamm daher vom Augenblick der Absetzung bis zur Austragung
etwa einen Tag in dem Eindicker verteilte. Der am Schlammaustrag abgezogene Schlamm
hatte hierbei einen Gehalt von 9,90/o Feststoffen. Bei einer weiteren Erhöhung der
Schlammbettiefe und damit der Verweilzeit läßt sich derFeststoffgehalt des ausgetragenen
Schlammes auf 12 his 130/osteigern.
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2. In ähnlicher Weise, wie im Beispiel 1 angegeben, wurde eine wäßrige
Zink-Konzentrat-Trübe in normaler Weise und gemäß der Erfindung eingedickt. Im ersten
Fall wurde ein Schlamm mit 46,2 O/o Feststoffen, im zweiten Fall ein solcher mit
82°/o Feststoffen ausgetragen. Bei entsprechender Erhöhung der Verweilzeit im Eindicker
gemäß der Erfindung wurde der
Schlamm auf über 870/0 eingedickt
(spezifisches Gewicht der Feststoffe 4,3).
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3. Ein entsprechender Vergleichsversuch mit einer Trübe aus einem
Portlandzementwerl: lieferte bei normaler Eindickung einen Schlamm mit etwa 50°/o
Feststoffen, bei Eindickung gemäß der Erfindung dagegen einen Schlamm mit 66,70/0
Feststoffen. Durch Verlängerung der Verweilzeit ließ sich die Schlammkonzentrat!ion
auf über 70°/o steigern (spezifisches Gewicht der Feststoffe 2,74).
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4. Eine Golderzablauftrübe aus einer Zyani dlaugerei, wurde, wie
im Beispiel 1 angegeben, einerseits in normaler Weise und andererseits gemäß der
Erfindung eingedickt. Bei der normalen Behan,dlung wurde ein Schlamm mit 39,50/0
Feststoffen, bei der Eindickung gemäß der Erfindung ein solcher mit 73 O/o Feststoffen
erhalten (spezifisches Gewicht der Feststoffe 3,0).
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5. Eine bituminöse Feinkohletrübe von einer Kohlewaschanlage wurde
einem gleichartigen Vergleichsversuch unterzogen. Bei der normalen Behandlung wurde
ein Schlamm von 20,6°/o Feststoffgehalt, bei der Eindickung gemäß der Erfindung
dagegen ein solcher von 33,1 0/o Feststoffgehalt gewonnen. Durch entsprechende Verlängerung
der Verweilzeit läßt sich dieser Gehalt auf etwa 40 0/o erliöhen. Der gemäß der
Erfindung gewonnene Schlamm zeigte thixotrope Eigenschaften (spezifisches Gewicht
der Feststoffe 1,53).
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6. Eine Trübe aus einem Schleifmittelwerk, bestehend aus einer Aufschlämmung
von Korund mit einer Teilchengröße bis etwa 12 , lieferte bei einem Vergleichsversuch
unter normalen Eindickungsbedin gungen einen Schlamm mit 48,5 O/o Feststoffen, bei
Behandlung gemäß der Erfindung dagegen einen solchen mit 6O,901o Feststoffen. Diese
Konzentration läßt sich bei Verlängerung der Verweilzeit des Schlammes im Eindicker
bis zu etwa 720/0 steigern (spezifisches Gewicht 3,4).
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7. Eine Calciumkarbonattrübe aus einer Kaustifizieranlage lieferte
bei üblicher Eindickung einen Schlamm von 42,10/0 Feststoffen, bei einer Eindickung
gemäß der Erfindung dagegen einen solchen von 62,90/o Feststoffen. Durch Verlängerung
der Verweildauer läßt sich diese Konzentration noch auf etwa 670/o steigern (spezifisches
Gewicht der Feststoffe 2,46).
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8. Eine Magnesiumhydroxydtrübe, die in einer starken Salzsole durch
Ausfällung mittels geglühtem Dolomit erzeugt worden war, lieferte bei normaler Eindickungsbehandlung
einen Schlamm von 3O,50/o Feststoffen, bei einer Eindickung gemäß der Erfindung
dagegen einen Schlamm mit 46,10/0 Feststoffen.
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Durch entsprechende Verlängerung der Venveilzeit ließ sich diese Konzentration
auf etwa 560in erhöhen (spezifisches Gewicht der Feststoffe 2,4).
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9. Eine Flugstaubaufschlämmung, die beim Waschen von Gichtgasen erhalten
worden war, lieferte bei normaler Eindickung einen Schlamm mit 38,50/0 Feststoffen,
bei Eindickung gemäß der Erfindung dagegen einen Schlamm mit 61,3 O/o Feststoffen.
Diese Konzentration ließ sich bei entsprechender Verlängerung der Verweilzeit auf
etwa 66°/o steigern (spezifisches Gewicht der Feststoffe 3,1).