DE10329883B4

DE10329883B4 - Verfahren zur Flotation von Störstoffen aus einer wässrigen Papierfasersuspension

Info

Publication number: DE10329883B4
Application number: DE2003129883
Authority: DE
Inventors: Herbert Britz; Axel Dreyer; Axel Gommel; Martin Kemper
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2023-07-03
Also published as: DE10329883A1

Abstract

Das Verfahren dient zur Flotation von Störstoffen aus einer wässrigen Papierfasersuspension (S). Es wird in einer Flotationsanlage durchgeführt, in der mehrere Flotationszellen (1, 2, 3, 4, 5) nacheinander durchströmt werden. Dabei wird der in einer Flotationszelle (2, 3, 4, 5) angesammelte Flotationsschaum (R2, R3, R4, R5) in die stromaufwärtige Flotationszelle (1, 2, 3, 4) zurückgeführt, um eine Gegenströmung von Schaum und Gutstoff zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Flotation von Störstoffen aus einer wässrigen Papierfasersuspension gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verfahren der genannten Art werden verwendet, um aus einer wässrigen Papierfasersuspension zumindest einen Teil der darin suspendierten Störstoffteilchen auszuscheiden. Bekanntlich wird bei einer Flotation ein die auszuscheidenden Stoffe enthaltender Schaum oder Schwimmschlamm gebildet. Ein typischer Anwendungsfall eines derartigen Verfahrens ist die Aufbereitung von einer aus bedrucktem Altpapier gewonnenen wässrigen Papierfasersuspension, in der die Druckfarbenpartikel bereits von Fasern abgelöst sind, so dass sie sich ausflotieren lassen. Der hier beschriebene Flotationsvorgang nutzt die Unterschiede zwischen Faserstoff und unerwünschten Feststoffteilchen in der Art, dass der Faserstoff auf Grund seiner Hydrophilie in der Papierfasersuspension verbleibt, während die angesprochenen Feststoffteilchen hydrophob sind und deshalb zusammen mit den Luftblasen in den Schaum gelangen. Neben den Druckfarbenpartikeln gibt es auch eine Vielzahl weiterer Stoffe, die hydrophob sind und sich daher durch Flotation von dem Faserstoff trennen lassen. Solche Stoffe sind insbesondere Kleber, feine Kunststoffpartikel und eventuell auch Harze. Wenn durch das Flotationsverfahren Fasern von Verunreinigungen getrennt, also nicht alle Feststoffpartikel aussortiert werden sollen, spricht man von selektiver Flotation. Der ebenfalls benutzte Begriff "Flotationsdeinking" wird in der Regel nicht nur für die Entfernung von Druckfarbenpartikeln (ink = Druckfarbe), sondern auch allgemeiner für die selektive Flotation von Verunreinigungen aus Papierfasersuspensionen verwendet.

Der Stand der Technik bezüglich Flotationsverfahren für Papierfasersuspensionen ist bereits sehr weit fortgeschritten. Daher gibt es Lösungen, welche durchaus geeignet sind, einen großen Teil der Feststoffpartikel durch Flotation zu entfernen. Da Flotationsanlagen relativ aufwändig in der Beschaffung und im Betrieb sind, ist es ein verständliches Ziel, deren Effekt zu verbessern oder den notwendigen Aufwand für das Erreichen desselben Ergebnisses zu reduzieren.

Anlagen, die dazu dienen, das Flotationsverfahren der genannten Art durchzuführen, bestehen aus mehreren Flotationszellen, also Apparaturen mit einem Behälter, in dem ein Flotationsschritt durchgeführt wird. Eine Flotationszelle wird im Allgemeinen durch einen Zulauf mit der Papierfasersuspension versorgt. In der Zelle bildet sich ein Flotationsschaum, der z.B. über ein Schaumwehr in eine Schaumrinne abfließen kann. Eine andere Möglichkeit ist die Schaumabsaugung nach oben. Auf Grund der schon beschriebenen Mechanismen führt der Flotationsschaum einen Großteil der Störstoffe mit ab. Die gereinigte Suspension kann z.B. am Boden der Flotationszelle ausgeleitet und via Pumpe in die nächste Zelle (stromabwärts) eingeführt werden. Bei einer solchen Schaltung wird also die Papierfasersuspension nacheinander durch eine Mehrzahl von Flotationszellen hindurchgeleitet, wobei ihre Reinheit von Zelle zu Zelle zunimmt. Üblicherweise sagt man, dass die Flotationszellen in der beschriebenen Funktion zu einer einzigen Flotationsstufe gehören. Eine zweite Flotationsstufe kann zweckmäßig sein, um den in der ersten Flotationsstufe gesammelten Flotationsschaum erneut zu flotieren, was insbesondere den Faserverlust des Verfahrens reduziert, ohne die Qualität des gereinigten Stoffes zu verschlechtern.

Aus der EP 1 262 593 A1 ist ein Flotationsverfahren bekannt, das zur Entfernung von Störstoffen aus einer wässrigen Papierfasersuspension dient. Dabei werden zwei Flotationsstufen in der Weise verwendet, dass der Rejekt (Flotationsschaum) der ersten Flotationsstufe in der zweiten Flotationsstufe weiter verarbeitet wird. In einer Ausgestaltung dieses bekannten Verfahrens wird der aus der letzten Flotationszelle der zweiten Flotationsstufe stammende Flotationsschaum in den Zulauf zu dieser Flotationsstufe zurückgeführt.

Aus der DE 32 23 170 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die in den einzelnen Flotationszellen gereinigte Suspension zellenweise vom Einlauf zum Auslauf der Flotationsanlage gepumpt wird. Dazu befinden sich zwischen den einzelnen so durchströmten Flotationszellen quer stehende parallele Blechtafeln, zwischen denen die Suspension nach unten abgepumpt und dann über Förderleitungen zur nächsten Flotationszelle weitergeleitet wird. Diese Blechtafeln sind so gestaltet, dass sich bei entsprechender Fahrweise an ihrem oberen Rand ein Überlauf für die Suspension bilden kann, der zu einer Teilrückführung der Suspension in die vorige Zelle führt. Der eigentliche Flotationsschaum hingegen fließt quer zum Suspensionsstrom in seitlich angebrachte Schaumabzugsrinnen ab.

In einer durch die US 5,804,061 bekannt gemachten Deinkingvorrichtung wird ein Teil des in einer Deinkingzelle gebildeten Flotationsschaumes in den Suspensions-Zulauf zu dieser Zelle zurückgeführt, mit diesem Zulauf vermischt und erneut belüftet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Flotationsverfahren dieser Art weiter zu verbessern, was das Reinigungsergebnis und/oder die Ausbeute des Verfahrens betrifft. Die Verbesserungen sollen mit einfachen Mitteln zu erreichen sein. Die Anzahl der Flotationsstufen soll möglichst gering gehalten werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 in vollem Umfang gelöst.

Durch die beschriebenen Merkmale ist es möglich, mit einfachen Mittel einen Gegenstrom von Schaum und Gutstoff, also von Rejekt und Akzept der einzelnen Flotationszellen zu bilden.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 schematisch: Durchführung des Verfahrens mit höhenversetzten Flotationszellen;

2 schematisch: Durchführung des Verfahrens mit auf gleicher Höhe stehenden Flotationszellen;

3 schematisch: Durchführung des Verfahrens mit geneigten Flotationszellen;

4 schematisch: Durchführung des Verfahrens mit Schaumabsaugung;

5 eine Variante des in 4 gezeigten Verfahrens;

6 Schnitt durch eine Flotationszelle;

7 eine weitere Variante des in 4 gezeigten Verfahrens.

Die 1 zeigt ein erstes Beispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei werden fünf Flotationszellen 1 bis 5 verwendet, die zu einer Flotationsstufe zusammengeschaltet sind. Selbstverständlich kann die Anzahl der Flotationszellen variiert werden je nach den gestellten Anforderungen. Die einzelnen Flotationszellen sind so miteinander verbunden, dass die in die erste Flotationszelle 1 zugeführte Papierfasersuspension S nacheinander alle Flotationszellen durchströmt. Dabei wird , wie an der ersten Flotationszelle 1 gezeigt, die zuströmende Papierfasersuspension S zunächst in ein Mischrohr 6 geführt, welches dazu dient, die ankommende Suspension mit Luftblasen zu vermischen und in der Flotationszelle 1 sinnvoll zu verteilen. Die aufsteigenden, nicht dargestellten Luftblasen bilden an der Oberfläche der sich in der Flotationszelle befindenden Papierfasersuspension S den Flotationsschaum R1, der sich an der Oberfläche ansammelt. Er kann aus dieser Flotationszelle 1 durch eine schematisch angedeutete Schaumrinne 7 abfließen, wobei im Allgemeinen die Schaumrinne 7 mit einem höhenverstellbaren Wehr versehen ist. Der Akzept A1 der ersten Flotationszelle 1 wird mittels einer Pumpe 8 in das Mischrohr der nächsten stromabwärtigen Flotationszelle 2 eingepumpt und dort wiederum in der schon beschriebenen Weise belüftet und verteilt. Der in der zweiten Flotationszelle 2 gebildete Flotationsschaum R2 kann, da die Füllhöhe dieser Flotationszelle etwas höher ist als die der ersten Flotationszelle 1, zurückfließen. Für die Flotationszellen 3, 4 und 5 gilt Entsprechendes, so dass sich in der gewünschten Weise eine perfekte Gegenströmung von Akzept und Rejekt ausbilden kann. Der Akzept der fünften Flotationszelle 5 kann, falls es sich hier um die letzte Flotationszelle dieser Flotationsstufe handelt, als gereinigter Gutstoff zur Weiterverarbeitung in der Papierstoffaufbereitung verwendet werden. Der in der Schaumrinne 7 anfallende Flotationsschaum R1 wird entweder verworfen oder in eine zweite Flotationsstufe eingeführt, was hier nicht gezeigt ist.

Um die Rückführung der Flotationsschäume relativ einfach zu gestalten, sind die in der 1 gezeigten Flotationszellen untereinander gleich, aber in unterschiedlicher ansteigender Höhe angeordnet. Eine andere Möglichkeit ist in 2 gezeigt, bei der die einzelnen Flotationszellen 1 bis 5 auf derselben Höhe stehen, aber mit unterschiedlich hohen Schaumwehren W1 bis W5 versehen sind. Diese Lösung ist zwar einfach zu installieren, führt aber zu unterschiedlichen Strömungsverhältnissen in den verschiedenen Flotationszellen, was problematisch sein kann.

Gemäß 3 können auch Flotationszellen so angeordnet sein, dass sie gegenüber der Horizontalen um einen Schwenkwinkel α schräg gestellt sind. Das bringt wiederum den Vorteil gleicher Flotationszellen mit im Wesentlichen untereinander gleichen Strömungsverhältnissen.

In vielen Fällen kann die Wirkung des Verfahrens noch verbessert werden, indem die angesammelten Flotationsschäume abgesaugt werden. Das führt zunächst dazu, dass die auf diese Weise rezirkulierte Schaummenge leichter geregelt werden kann. Eine weitere Möglichkeit hängt damit zusammen, dass die meisten Anlagen zur Durchführung dieses Verfahrens so ausgestattet sind, dass die Akzepte über Pumpen 8 und ein sich anschließendes Mischrohr 6 in die nachfolgende Flotationszelle gefördert werden. Diese ohnehin vorhandene Pumpe kann dann auch dazu genutzt werden, den Flotationsschaum abzusaugen und erneut einer Belüftung zu unterziehen. Außerdem wird er durch gute Verteilung in der entsprechenden Flotationszelle besonders wirksam flotiert. In der 4 ist dieses Vorgehen schematisch angedeutet. Man erkennt, dass ein in den Schaum eintauchendes Saugrohr 9 dazu dient, den gesammelten Flotationsschaum abzuziehen und der Saugleitung der Pumpe 8 zuzuführen. Selbstverständlich muss diese Absaugung nicht zwangsläufig nach oben vorgenommen werden. Eine Alternative hierzu wird in 6 noch gezeigt werden. Während in 4 die Zellen einer einzigen Flotationsstufe dargestellt sind, kann gemäß 5 die erste Flotationszelle 1 dadurch als Sekundärflotation benutzt werden, dass die zu reinigende Papierfasersuspension S erst in die zweite (oder eine noch spätere) Flotationszelle 2 zugegeben wird. In einem solchen Fall wird die erste Flotationszelle 1 alle in den stromab nachfolgenden Flotationszellen anfallenden Schäume aufbereiten. Der dann in der Schaumrinne 7 anfallende Rejekt R1 ist schon im Wesentlichen faserstofffrei und kann im Allgemeinen verworfen werden.

Die bisher beschriebenen 1 bis 5 sollen lediglich die verfahrenstechnische Vorgehensweise erläutern, ohne z.B. die Form der Flotationszellen oder die Positionen der Zu- und Abläufe zu zeigen. Etwas genauer ist da, wenn auch immer noch ohne konstruktive Details dargestellt, die in 6 im Schnitt gezeigte Flotationszelle. Dabei entspricht der Querschnitt einem liegenden Oval, also einer oft verwendeten Bauform des Anmelders, die als EcoCell bezeichnet wird. Die Zufuhr erfolgt durch ein eintauchendes Mischrohr 6, das an seinem unteren Ende mit einem Umlenkstoßdiffusor 11 versehen ist, der die im Mischrohr 6 belüftete Suspension horizontal über 360° verteilt. Das Saugrohr 6 enthält einen Injektor, der das Gas G, im Allgemeinen Luft, aus dem oberen Bereich der Flotationszelle ansaugt. Die durch Flotation gereinigte Suspension verlässt die Flotationszelle durch den im Boden sitzenden Gustoffauslass 10. Die gezeigte Flotationszelle erfüllt exemplarisch die Aufgaben der in 4 gezeigten Flotationszelle 3: Der gebildete und angesammelte Flotationsschaum R3 fließt in eine seitliche Schaumrinne 7 ab, in der er eventuell entlüftet und verdünnt wird. Die Entlüftung kann z.B. mit der im deutschen Gbm 202 04 781 gezeigten Vorrichtung erfolgen. Er gelangt dann in die Saugleitung 12, die den Akzept A1 in die in 6 nicht gezeigte Flotationszelle 2 führt. Die in das Mischrohr 6 der Flotationszelle 3 eingeführte Suspension enthält den Akzept A2 der Flotationszelle 2 und den Flotationsschaum R4 der Flotationszelle 4.

Die Saugwirkung des Mischrohres kann auch dazu genutzt werden, den Flotationsschaum der stromabwärtigen Flotationszelle abzusaugen, was in 7 schematisch gezeigt ist. Dabei wird z.B. der Flotationsschaum R3 der Flotationszelle 3 durch eine Schaumleitung 13 in die Saugöffnung des Mischrohres der Flotationszelle 2 eingezogen.

Claims

Verfahren zur Entfernung von Störstoffen aus einer wässrigen Papierfasersuspension (S) mit Hilfe einer Flotationsanlage, die mehrere von der Papierfasersuspension (S) nacheinander durchströmte Flotationszellen (1, 2, 3, 4, 5) umfasst, wobei in den Flotationszellen (1, 2, 3, 4, 5) mit Hilfe von aufsteigenden Gasblasen jeweils ein mit Störstoffen angereicherter Flotationsschaum (R1, R2, R3, R4, R5) gebildet wird, der sich oberhalb der Papierfasersuspension ansammelt, wobei der aus der zuerst durchströmten Flotationszelle (1) stammende Flotationsschaum (R1) verworfen oder einer zweiten Flotationsstufe zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der in einer Flotationszelle (2, 3, 4, 5) angesammelte Flotationsschaum (R2, R3, R4, R5) in die stromaufwärtige Flotationszelle (1, 2, 3, 4) zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllhöhe (H) einer stromabwärtigen Flotationszelle (2, 3, 4, 5) geodätisch höher ist als die der stromaufwärtig direkt davor liegenden, und dass der angesammelte Flotationsschaum (R2, R3, R4, R5) zum Zurückfließen gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der angesammelte Flotationsschaum (R2, R3, R4, R5) der stromabwärtigen Flotationszelle (2, 3, 4, 5) abgesaugt und in die stromaufwärtige Flotationszelle (1, 2, 3, 4) zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der abgesaugte Flotationsschaum (R2, R3, R4, R5) in den Zulauf der Papierfasersuspension in die stromaufwärtige Flotationszelle (1, 2, 3, 4) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der abgesaugte Flotationsschaum (R2, R3, R4, R5) erneut belüftet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zurückgeführte Flotationsschaum (R2, R3, R4, R5) mit der Suspension in der ihn aufnehmenden Flotationszelle (1, 2, 3, 4) vermischt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotationszelle ein mit einem Injektor versehenes Mischrohr (6) aufweist und dass der Flotationsschaum (R2, R3, R4, R5) der stromabwärtigen Flotationszelle (2, 3, 4, 5) direkt in das Mischrohr (6) eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Akzept (A1, A2, A3, A4) einer Flotationszelle (1, 2, 3, 4) über eine Pumpe (8) in die stromabwärtige Flotationszelle (2, 3, 4, 5) gefördert wird und dass der rückzuführende Flotationsschaum (R2, R3, R4, R5) in die Saugleitung der Pumpe (8) eingeführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in einer Flotationszelle angesammelte Flotationsschaum (R2, R3, R4, R5) vollständig in die unmittelbar stromaufwärtig angeschlossene Flotationszelle (1, 2, 3, 4) zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführung des Flotationsschaumes (R2, R3, R4, R5) in die unmittelbar stromaufwärtig angeschlossene Flotationszelle (1, 2, 3, 4) bei allen Flotationszellen (2, 3, 4, 5) durchgeführt wird, denen eine andere Flotationszelle (1, 2, 3, 4) unmittelbar vorgeschaltet ist.