DE102009015404A1

DE102009015404A1 - Verfahren zur Entfernung von Feststoffen aus einer Faserstoffsuspension durch Flotation sowie Flotationsvorrichtung zu seiner Durchführung

Info

Publication number: DE102009015404A1
Application number: DE200910015404
Authority: DE
Inventors: Herbert Britz; Wolfgang Mannes
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-09-30

Abstract

Das Verfahren dient zur Flotation von Störstoffen aus einer Faserstoffsuspension (S), bei dem die Störstoffe aus der begasten Faserstoffsuspension in einen Flotationsschaum (R) gebracht und mit diesem abgeführt werden. Die Faserstoffsuspension (S) wird nacheinander durch mehrere kommunizierend verbundene Flotationskammern (1, 2, 3, 4) geführt, wobei gereinigte Fasersuspensionsströme (S1, S2, S3, S4) gebildet, zumindest teilweise und vorzugsweise in einer gemeinsamen Sammelleitung (7) zusammengeführt und dann erneut flotiert werden. Durch die Erfindung können schädliche Rückströmungen zwischen benachbarten Flotationskammern (1, 2, 3, 4) verhindert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Feststoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Durch Flotation wird ein auszuscheidende Stoffe enthaltender Schaum oder Schwimmschlamm gebildet. Ein typischer Anwendungsfall für solche Verfahren ist die Aufbereitung von einer aus bedrucktem Altpapier gewonnenen Suspension, in der die Druckfarbenpartikel bereits von Fasern abgelöst sind, so dass sie sich ausflotieren lassen. Dabei wird in der Fasersuspension oft eine Faserstoffdichte (Fasermenge bezogen auf die Gesamtmenge) eingestellt, die zwischen 0,5% und 2% liegt, vorzugsweise zwischen 0,8% und 1,2%. Der hier beschriebene Flotationsvorgang nutzt die Unterschiede zwischen Papierfaserstoff und auszuscheidenden Feststoffen, insbesondere von unerwünschten Störstoffteilchen in der Art, dass der Faserstoff auf Grund seines eher hydrophilen Charakters in der Fasersuspension verbleibt, während die angesprochenen Störstoffteilchen hydrophob sind und deshalb zusammen mit den Luftblasen in den Schaum gelangen. Dabei werden also nicht alle Feststoffe ausflotiert, sondern Fasern von Verunreinigungen getrennt. Der oft benutzte Begriff „Flotationsdeinking” wird in der Regel nicht nur für die Entfernung von Druckfarbenpartikeln (ink = Druckfarbe), sondern auch allgemeiner für die Flotation von feinen Verunreinigungen aus Faserstoffsuspensionen verwendet. Solche Stoffe sind insbesondere Kleber, feine Kunststoffpartikel und eventuell auch Harze.
Verfahren der hier beschriebenen Art werden in Flotationsanlagen durchgeführt, die mehrere Flotationskammern („Flotationszellen”) enthalten, welche von der Suspension nacheinander durchströmt werden. Dazu wird ein Teil der gereinigten Suspension aus einer stromaufwärtigen Flotationszelle in die stromabwärts folgende Flotationszelle geführt. Mit Vorteil erfolgt dabei eine erneute Belüftung des Suspensionsstromes. Die DE 31 20 202 A1 beschreibt einen Injektionsapparat, bei dem eine Ansaugung von Luft aus dem Inneren der Flotationszelle erfolgt und die Suspension mit den zur Flotation benötigten Luftblasen versorgt wird.
Die Regelung von Flotationszellen kann bekannter weise so vorgenommen werden, dass das Flüssigkeitsniveau in den Flotationszellen auf einem geregelten Niveau gehalten wird. Dieses Flüssigkeitsniveau ist dann so einzustellen, dass bei der Trennung von Suspension und aufgeschwommenem Flotationsschaum die gewünschte Menge an Flotationsschaum abfließt. Diese Trennung erfolgt zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Überlaufwehres, wobei sich die Schaummenge mit Hilfe des Flüssigkeitsniveaus in der Flotationszelle regulieren lässt. Der abfließende Flotationsschaum gelangt in eine Schaumsammelrinne, in der er sich ansammelt und mit Hilfe einer Stauvorrichtung, z. B. einer Schlitzblende oder eines Schaumwehres angestaut und aus der Schaumsammelrinne abgeleitet wird. Die Menge des abgeführten Flotationsschaumes ist ein wichtiger Parameter bei der Regelung/Steuerung einer solchen Flotationsanlage.
Die Flotationszellen können nebeneinander auf derselben Ebene stehen und hydraulisch kommunizierend verbunden sein, wodurch sich ein im Wesentlichen überall gleiches Flüssigkeitsniveau ausbildet. Dann fließt aus allen Flotationszellen die gewünschte Menge Schaum z. B. in eine gemeinsame Schaumsammelrinne ab. Die kommunizierende Anordnung zwischen benachbarten Flotationszellen führt in der Regel zu Kurzschlussströmungen (vorwärts) oder zu Rückströmungen (rückwärts). Dabei können Schwierigkeiten auftreten, wenn höhere Kurzschlussströmungen oder Rückströmungen gefahren werden. In solchen Fällen, z. B. wenn eine Rückströmung mehr als 30% des Gesamtstromes beträgt, können die Flotationsvorgänge in der Flotationszelle so gestört werden, dass sich das Ergebnis verschlechtert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Nachteile zu vermeiden, die aus der kommunizierenden Anordnung der Flotationskammern entstehen können. Durch spezielle Ausgestaltungen sollen Wirtschaftlichkeit und Effektivität des Verfahrens weiter verbessert werden.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Die Unteransprüche 14 bis 16 beschreiben vorteilhafte Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
1: eine Flotationsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2: einen Teil einer Sammelleitung;
3: ein Verfahrensschema mit exemplarischen Angaben zu den Durchflussmengen;
4: Schnitt durch eine Flotationsvorrichtung.
1 zeigt schematisch eine für das Verfahren eingerichtete Flotationsanlage. Sie umfasst hier vier nacheinander durchströmte Flotationskammern 1, 2, 3 und 4. Solche Flotationskammern werden auch Flotationszellen genannt. Sie sind auf einer Ebene direkt nebeneinander angeordnet und durch in Bodennähe liegende Öffnungen 11 kommunizierend miteinander verbunden. Dadurch können sich Rückströmungen 12 oder – meist unerwünschte – Kurzschlussströmungen 13 ausbilden. Die nacheinander durchströmten Flotationszellen bilden hier eine Flotationsstufe; die Anzahl (vier) ist nur als Beispiel anzusehen. Eine Flotationsanlage für Verfahren dieser Art kann, wie später noch erläutert wird, auch mehrere Flotationsstufen umfassen. Die zu reinigende Faserstoffsuspension wird in eine Begasungsvorrichtung 6 der Flotationskammer 1, 2, 3 oder 4 gepumpt, mit Gas G vermischt und als begaste Faserstoffsuspension in den Innenraum der betreffenden Flotationskammer 1, 2, 3 oder 4 geführt. Dort wird in bekannter Weise flotiert, indem Feststoffe aus der begasten Faserstoffsuspension in einen Flotationsschaum R gebracht und mit diesem abgeführt werden. Die Art dieser Feststoffe ist bereits erklärt worden, sie werden oft ”Störstoffe” genannt.
Zur Sammlung und Verteilung der Suspensionsströme wird eine Sammelleitung 7 verwendet. Sie dient bei diesem Beispiel auch zur Aufnahme der der Flotationsanlage zugeführten Faserstoffsuspension S, wozu ein Zulaufanschluss 9 vorgesehen ist. Dieser Zustrom umfasst im Wesentlichen die in der Stoffaufbereitung bereitgestellten Rohstoffe, kann aber auch Rückströme aus der Flotationsanlage, z. B. Gutstoffe aus anderen Flotationsstufen enthalten. Aus der Sammelleitung 7 gelangt die Faserstoffsuspension durch den Ablaufanschluss 10 in die erste Flotationskammer 1. Der in der ersten Flotationskammer 1 gereinigte Faserstoffsuspensionstrom S1 (d. h. durch Flotation wurde ein Teil der Feststoffe ausgeschieden) wird in Bodennähe abgezogen und mittels einer Pumpe 8 durch den Zulaufanschluss 9' in die Sammelleitung 7 gegeben. Die zweite Flotationskammer 2 wird aus dem Ablaufanschluss 10' der Sammelleitung 7 gespeist. Dieser Vorgang wiederholt sich bei diesem Beispiel noch zweimal, indem die Faserstoffsuspensionsströme S2 und S3 durch Pumpen 8' und 8'' über Zulaufanschlüsse 9'' und 9''' in die Sammelleitung 7 und von dort durch Ablaufanschlüsse 10'', und 10''' in die Begasungsvorrichtung der jeweils stromabwärtigen Flotationskammer 3 und 4 gelangen. Aus der letzten Flotationskammer 4 kann der am meisten gereinigte Faserstoffsuspensionsstrom S4 über die Pumpe 8''' abgezogen werden. Er wird dann aufgeteilt in einen dem Zulaufanschluss 9'''' der Sammelleitung 7 zugeführten Rückstrom sowie den Gutstoffstrom A dieser Flotationsstufe oder Flotationsanlage.
Bei der Sammelleitung 7 kann es sich um ein einfaches waagerecht liegendes Rohr mit Rohrstutzen für die Zulauf- und Ablaufanschlüsse handeln, das sich mit seiner Länge über den nebeneinander stehenden Flotationskammern erstreckt. Die Zulauf- und Ablaufanschlüsse sind mit Vorteil alternierend angeordnet. Das begünstigt die Aufteilung der zugeführten Suspensionsströme auf zwei jeweils benachbarte Flotationskammern. Es ist zweckmäßig, den Strömungsquerschnitt der Sammelleitung 7 so groß zu machen, dass die strömungsbedingten Druckverluste deutlich geringer sind als die, die an den Begasungsvorrichtungen 6 auftreten. In 2 ist der Teil einer Sammelleitung 7 dargestellt, deren Strömungsquerschnitt so groß ist wie der der Zu- und Ableitungen. Er könnte auch kleiner sein, da sich bei normalem Betrieb hier die kleineren Durchflüsse ausbilden (s. a. 3). Ferner zeigt die 2 durch gleichlange Doppelpfeile, dass bei diesem Beispiel die Abstände benachbarter Anschlüsse gleich sind. Wenn – wie hier – die Zu- und Ablaufanschlüsse am Sammelrohr 7 alternierend angeordnet sind, besteht auch nicht die Gefahr der störenden Vermischung von besserem mit schlechterem Gutstoff.
In 3 werden die möglichen Mengenströme bei Durchführung des Verfahrens an einem einfachen Zahlenbeispiel erläutert. Die Volumenströme an den entsprechenden Stellen der Anlage sind in l/min eingetragen, und zwar zur Unterscheidung von den Bezugszeichen als kleinere kursiv gedruckte Zahlen. Zur besseren Übersichtlichkeit wird hier von drei nacheinander durchströmten Flotationskammern 1, 2, und 3 ausgegangen, wobei anstelle der einen mittleren Flotationskammer 3 auch mehrere stehen könnten. Die zu reinigende Faserstoffsuspension S wird mit 100 l/min druckgeregelt (Regler 14 in 1) in den ersten Zulaufanschluss 9 der Sammelleitung 7 gepumpt. Die gereinigten Faserstoffsuspensionsströme S1 und S2 werden aus der jeweiligen Flotationskammer 1 oder 2 über Pumpen mit einem Durchsatz von jeweils 200 l/min in die Sammelleitung 7 gegeben. Dabei findet hier nach der Einspeisung in die Sammelleitung 7 eine Aufteilung statt, und zwar fließen 100 l/min vorwärts und 100 l/min rückwärts. Zwei solche Teilströme addieren sich jeweils beim Zulauf zur Flotationskammer auf 200 l/min. Bei der letzten (hier dritten) Flotationskammer 3 wird ein Faserstoffstrom S3 mit 180 l/min abgezogen, davon 100 l/min druckgeregelt (Regler 15 in 1) in die Sammelleitung 7 zurückgegeben und ein Gutstoffstoffstrom A von 80 l/min gewonnen. Im realen Betrieb können sich diese Werte zeitweise verändern, wobei gerade das Sammelrohr 7 ausgleichend wirkt, also extreme Veränderungen an einzelnen Flotationskammern verhindern kann.
Bei einer Rejektrate von 20% werden also insgesamt 80 l/min als Gutstoff A abgezogen, was z. B. durch eine Regeleinrichtung 16 (1) konstant eingestellt wird. Beim Beispiel in 3 fließt aus der ersten Flotationskammern 1 der Flotationsschaum mit einer Menge von 10 l/min, aus der zweiten von 7 l/min und aus der letzten von 3 l/min ab. Diese Verluste werden durch Rückströme ausgeglichen, die durch die Öffnungen 11 (s. 1) zwischen benachbarten Flotationskammern auftreten. Bei dem Beispiel sind es 17 l/min von der dritten Flotationskammer 3 zur zweiten Flotationskammer 2 und 10 l/min von der zweiten Flotationskammer 2 zur ersten Flotationskammer 1. Sie sind vergleichsweise gering und daher für den Betrieb der Flotationsanlage unschädlich. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt in der Möglichkeit, mit Hilfe der Sammelleitung 7 relativ große Rückströme fahren zu können. Das ist z. B. günstig, wenn Flotationsanlagen mit verringertem Durchsatz betrieben werden sollen, oder wenn ein hoher Durchsatz mit weniger Flotationszellen möglich sein soll.
In 4 ist der Schnitt durch einen Flotationsbehälter 17 mit ovalem Querschnitt dargestellt, einer Form, die sich als besonders günstig erwiesen hat. Der gezeigte Flotationsbehälter 17 kann z. B. die Funktion der in 1 gezeigten Flotationskammer 4 haben. Die Fasersuspension S3 wird durch die Pumpe 8'' in die Sammelleitung 7 eingepumpt und aus dieser in die Mischvorrichtung 6 der Flotationsbehälter 17 geleitet. Mit Vorteil ist die Mischvorrichtung 6 exmittig im Flotationsbehälter 17 angeordnet und taucht in die belüftete Fasersuspension S' ein. Dabei wird das Gas G, zumeist Luft, durch Injektionswirkung angesaugt und mit der Fasersuspension vermischt. Der Injektor in der Mischvorrichtung 6 führt zu einem Druckverlust, der z. B. zwischen 0,3 und 1 bar liegt. Das Gas G kann aus dem Flotationsbehälter 17 oberhalb des Flotationsschaumes direkt entnommen werden, so dass das zur Flotation verwendete Gas G zu mindestens 80% vorzugsweise mindestens 90% das im Flotationsbehälter 17 freigewordene Gas ist.
Die Mischvorrichtung 6 weist stromabwärts in einem Umlenkdiffusor 19 auf, in dem eine Umlenkung der begasten Suspension um etwa 90 grad in die Waagerechte und eine Verteilung auf den ganzen Umfang (360 grad) erfolgt. Der Flotationsschaum R wird in einer Schaumrinne 20 gesammelt und entsorgt, weiterverarbeitet oder dem Flotationsbehälter einer weiteren Flotationsstufe (nicht dargestellt) zugeführt. Der durch Flotation gereinigte Fasersuspensionsstrom S4 wird aus dem unteren Teil des Flotationsbehälters 17 durch die Pumpe 8''' abgezogen. Wenn der Flotationsbehälter 17 als letzte Flotationskammer fungiert, wird der Faserstoffsuspensionsstrom S4 aufgeteilt in den Gutstoffstrom A und einen Gutstoffrückstrom, der über den Zulaufanschluss 9'''' in die Sammelleitung geführt wird. Die Menge des Gutstoffstromes A wird geregelt, wodurch sich die Menge des abfließenden Flotationsschaumes R einstellen lässt. Ein Niveautransmitter 21, Durchflusstransmitter 22 und Regler 24 erzeugen zu diesem Zweck ein Stellsignal für das Stellventil 23.
Bei Flotationsanlagen, die das erfindungsgemäßen Verfahren zur Entfernung von Störstoffen nutzen, durchströmt die Fasersuspension zumeist mehrere zu einer Flotationsstufe gehörende Flotationskammern nacheinander bis der geforderte Weißgrad erreicht ist. Da der Flotationsschaum, der bei einer einzigen Flotationsstufe gebildet wird, in vielen Fällen noch einen beträchtlichen Anteil von Papierfasern enthält, werden Verfahren dieser Art oft mit mehreren Flotationsstufen durchgeführt, wobei der Überlauf, also der Flotationsschaum, der stromaufwärtigen Stufe als Einlauf in die nächste Stufe geführt wird. Üblicherweise spricht man dann von einer ersten und zweiten Flotationsstufe oder auch von Primär- und Sekundärflotation. Der Durchlauf der zweiten Flotationsstufe kann dem Zulauf der ersten Flotationsstufe wieder zugegeben werden. Es gibt auch Fälle, in denen der Durchlauf der zweiten Stufe dem Durchlauf der ersten Stufe zugemischt wird. Flotationsvorrichtungen für die zweite Flotationsstufe sind zumeist ähnlich oder gleich aufgebaut wie die für die erste Stufe.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3120202 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Entfernung von Feststoffen mit Hilfe von Gasblasen aus einer Faserstoffsuspension (S), bei dem der Faserstoffsuspension (S) Gas (G) zugeführt wird, und Feststoffe aus der begasten Faserstoffsuspension in einen Flotationsschaum (R) gebracht und mit diesem abgeführt werden, wozu mehrere Flotationskammern (1, 2, 3, 4) nacheinander von der Faserstoffsuspension durchströmt werden, und wobei aus den Flotationskammern (1, 2, 3, 4) gereinigte Faserstoffsuspensionsströme (S1, S2, S3, S4) abgezogen und zumindest teilweise wieder zugegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die gereinigten Faserstoffsuspensionsströme (S1, S2, S3) zumindest teilweise vor der erneuten Zugabe in die Flotationskammer (2, 3, 4) zusammengeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotationskammern (1, 2, 3, 4) kommunizierend miteinander verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aus den Flotationskammern (1, 2, 3) abgezogene Faserstoffsuspensionsstrom (S1, S2, S3) jeweils über eine Pumpe (8', 8'', 8''') in die stromabwärts folgende Flotationskammer (2, 3, 4) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aus den Flotationskammern (1, 2, 3) abgezogene Faserstoffsuspensionstrom (S1, S2, S3) vor der erneuten Zugabe in die Flotationskammer (2, 3, 4) erneut begast wird.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Flotationskammern (1, 2, 3) abgezogenen Faserstoffsuspensionströme (S1, S2, S3) durch Zulaufanschlüsse (9', 9'', 9''') einer gemeinsamen Sammelleitung (7) zugeführt werden, welche außerdem zur Weiterleitung in die Flotationskammern (2, 3, 4) Ablaufanschlüsse (10', 10'', 10''') aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zu reinigende Faserstoffsuspension (S) in die gemeinsame Sammelleitung (7) durch mindestens einen Zulaufanschluss (9) zugeführt und aus diesem durch mindestens einen Ablaufanschluss (10) zur ersten Flotationskammer (1) weitergeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Flotationskammern (1, 2, 3) abgezogenen Faserstoffsuspensionsströme (S1, S2, S3) durch jeweils einen Zulaufanschluss (9', 9'', 9''') einer gemeinsamen Sammelleitung (7) zugeführt werden, und dass jedem Zulaufanschluss (9', 9'', 9''') jeweils ein Faserstoffstrom (S1, S2, S3) und jedem Ablaufanschluss (10, 10', 10'', 10''') jeweils eine Flotationskammer (1, 2, 3, 4) zugeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Zulaufanschlüsse (9, 9', 9'', 9''') und Ablaufanschlüsse (10, 10', 10'', 10''') in Erstreckungsrichtung der Sammelleitung (7) abwechselnd angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspensionsströme aus der Sammelleitung (7) mit einem Druckabfall in die Flotationskammer (1, 2, 3, 4) geführt werden, der mindestens viermal so hoch ist wie der maximale Druckabfall, der innerhalb der Sammelleitung (7) auftritt.
Verfahren nach Anspruch 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspensionsströme aus der Sammelleitung (7) mit einem Druckabfall von mindestens 0,3 bar, vorzugsweise mindestens 0,6 bar in die Flotationskammer (1, 2, 3, 4) eingeführt werden.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begasung der Fasersuspension (S) und der Faserstoffsuspensionsströme (S1, S2, S3) das Gas (G) mit Hilfe mindestens einer Mischvorrichtung (6) durch Injektionswirkung angesaugt und mit der Fasersuspension (S) vermischt wird, wobei ein Druckverlust von mindestens 0,3 bar, vorzugsweise mindestens 0,6 bar auftritt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitsniveau in den Flotationskammern (1, 2, 3, 4) so geregelt wird, dass die gewünschte Menge an Flotationsschaum (R) über mindestens ein Schaumwehr abfließt
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasersuspension (S) zumindest teilweise aus Altpapier hergestellt wird, und dass die zu entfernenden Feststoffe Störstoffe, insbesondere Druckfarben sind.
Flotationsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voran stehenden Ansprüche, welche mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei kommunizierende und von einer Fasersuspension (S) nacheinander durchströmbare Flotationskammern (1, 2, 3, 4) aufweist, die hydraulisch mit Leitungen so verbunden sind, das die durch Flotation gereinigten Fasersuspensionsströme (S1, S2, S3) in die jeweils stromabwärtige Flotationskammer (2, 3, 4) gepumpt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen für die aus den Flotationskammern (1, 2, 3) abgezogenen Faserstoffsuspensionsströme (S1, S2, S3) in eine gemeinsame Sammelleitung (7) münden, welche außerdem mindestens zwei Ablaufanschlüsse (10', 10'', 10''') aufweist, die jeweils mit dem Zulauf zu einer Flotationskammer (2, 3, 4) verbunden sind.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotationskammern (1, 2, 3, 4) kommunizierend miteinander verbunden sind.
Flotationsvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sammelleitung (7) und der Flotationskammer (1, 2, 3, 4) jeweils mindestens eine Mischvorrichtung (6) installiert ist, die zum Ansaugen von Gas (G) und zur Bildung von Gasblasen geeignet ist.