DE19803089A1

DE19803089A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation

Info

Publication number: DE19803089A1
Application number: DE1998103089
Authority: DE
Inventors: Herbert Britz; Herbert Holik; Martin Kemper; Thomas Martin; Samuel Dr Schabel
Original assignee: Voith Sulzer Papiertechnik Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 1998-11-19
Anticipated expiration: 2018-01-29
Also published as: DE29821189U1; DE19803089C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation aus einer Suspension gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Verfahren der genannten Art werden verwendet, um aus einer Suspension zumindest einen Teil der darin suspendierten Feststoffteilchen auszuscheiden. Die Zielsetzung hierzu kann entweder die Entfernung von unerwünschten Bestandteilen der Suspension oder die Klärung von verschmutztem Abwasser sein. Bekanntlich wird bei einer Flotation ein die auszuscheidenden Stoffe enthaltender Schaum oder Schwimm-Schlamm gebildet.

Ein typischer Anwendungsfall für die Verwendung eines derartigen Verfahrens ist die Aufbereitung von einer aus bedrucktem Altpapier hergestellten Suspension, in der die Druckfarben-Partikel bereits von den Fasern abgelöst sind, so daß sie sich selektiv ausflotieren lassen (Deinking-Flotation).

Aus der DE-OS 33 06 600 ist eine Flotationsvorrichtung bekannt, die bereits das durch Rotationsbewegung der Suspension verursachte Beschleunigungsfeld benutzen kann. Der Flotationsschaum wird dort durch ein obenliegendes Rohr aus der Flotationsvorrichtung entfernt, während die gereinigte Suspension unten abfließt. Das bedeutet eine Aufteilung der einfließenden Strömung in, axial gesehen, entgegengesetzt gerichtete Teilströme. Eine solche Stromführung ist bei Hydrozyklonen üblich. Sie führt zu einem überproportionalen Ansteigen der Zentrifugalbeschleunigung zur Behältermitte hin in Form eines sog. Potentialwirbels.

Da in vielen Fällen das Auftreten eines solchen Potentialwirbels für die Flotation von Nachteil ist, wurde in der DE 43 30 635 A1 eine andere Strömungsführung vorgeschlagen, bei der im wesentlichen Flotationsschaum und Gutstoff axial die gleiche Strömungskomponente haben.

Trotz dieser Verbesserungen gelingt es nicht immer, einen genügend großen Anteil an Störstoffen durch Flotation zu entfernen, wobei besonders solche Suspensionen Schwierigkeiten bereiten, bei denen ein relativ breites Größenspektrum an Partikeln vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches unter Ausnutzung von einem Zentrifugalfeld eine noch bessere Abtrennung der suspendierten Feststoffteilchen erzielt, insbesondere auch bei Partikeln mit einem relativ breiten Korngrößenspektrum.

Diese Aufgaben werden durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

In den Unteransprüchen werden besonders vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich der Flüssigkeitswirbel so ausbilden, daß in ihm, axial betrachtet, in verschiedenen Zonen verschieden starke Zentrifugalfelder herrschen. Anders als z. B. bei Hydrozyklonen mit konischem Abscheideteil ist das jedoch nicht mit einer bei der Flotation ungünstigen axialen Umlenkung der Suspensionsströme verbunden. Die hier vorliegende Erfindung schafft speziell für die Flotation im Zentrifugalfeld optimale Bedingungen. Die gewölbte Kontur führt nämlich dazu, daß das Zentrifugalfeld stetig und kontrolliert in der axialen Flußrichtung der Suspension gesteigert wird. Die in den Klärraum eingeströmte Suspension wird durch den Tangential-Einlauf in eine Rotationsströmung versetzt, welche an dieser Stelle ein noch relativ schwaches Zentrifugalfeld erzeugt. Zwar reicht an dieser Stelle das Zentrifugalfeld noch nicht aus, um kleine Luftblasen mit entsprechend kleinen anhaftenden Partikeln in die Mitte des Klärraumes zu führen. Aber bei den Partikeln, welche an den größeren Luftblasen mit größerer Steigtendenz anhaften, gelingt bereits die Flotation, d. h. sie werden radial in der Mitte des Klärraumes aufkonzentriert. Solche Partikel befinden sich also bereits nicht mehr in der Suspension, wenn diese axial in die Zonen mit höherer Zentrifugalkraft geführt wird. Das nachteilige Abreißen der großen Luftblasen von den auszuflotierenden Partikeln infolge zu hoher Zentrifugalkräfte findet nicht mehr statt. Durch die Gleichmäßigkeit des Zentrifugalfeldanstieges können also jedem Störstoffpartikel optimale Flotationsbedingungen angeboten werden.

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

Fig. 1 schematisch: Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Flotationsvorrichtung in Seitenansicht;

Fig. 2 die Vorrichtung der Fig. 1, in Aufsicht;

Fig. 3 eine weitere Flotationsvorrichtung;

Fig. 4 einen Teil einer weiteren Flotationsvorrichtung.

Fig. 1 zeigt innerhalb eines Flotationsbehälters 12 einen Klärraum 1, in den unten die Suspension S durch den Einlauf 13 zugeführt wird, wodurch der Flüssigkeitswirbel 2 entsteht. Die Suspension wird dabei in eine Rotationsbewegung 3 um die Achse 5 versetzt. Der Rotationsbewegung 3 ist eine Axialbewegung 4 überlagert, welche im wesentlichen parallel zur Rotationsachse 5 verläuft. Infolge des bekannten Mechanismus bei der Flotation steigen die flotierten Stoffe zusammen mit Luftblasen entgegen der Wirkung eines Schwerefeldes auf. Da hier das Schwerefeld ein Zentrifugalfeld ist, das infolge der Rotationsbewegung 3 entsteht, bewegen sich die flotierten Anteile radial nach innen. Im radial inneren Bereich des Klärraumes 1 findet also die Ansammlung eines Flotationsschaumes statt, wobei sich eine mehr oder weniger scharfe Grenze 8 zwischen diesem und der Suspension bildet. Dabei wird das Verfahren so durchgeführt, daß ein Transport der flotierten Anteile der Suspension im wesentlichen parallel zur Rotationsachse 5 und in derselben Richtung wie die der überlagerten Axialbewegung 4 der Suspension erfolgt. Die so gesammelten flotierten Anteile werden als Flotationsschaum 7 durch ein Schaumrohr 15 aus dem Klärraum 1 abgeführt, eventuell zusammen mit freier, aus dem Suspensionsschaum ausgetretener Luft 10; das Schaumrohr 15 kann aber auch vollständig mit Flotationsschaum gefüllt sein. Für den Abtransport des Flotationsschaumes und die Abtrennung der Luft sind dem Fachmann bereits Lösungen bekannt.

Der Teil der Suspension, aus dem die flotierten Anteile entfernt sind, z. B. gereinigter Papierfaserstoff, tritt aus dem Klärraum als Gutstoff 11 durch den Auslauf 14 aus. Die zur Flotation benötigte Luft 9 wird dem Stoff beim Einlauf in den Klärraum 1 zugegeben. Es sind aber auch andere Möglichkeiten denkbar, um die Suspension S mit den zur Flotation benötigten Luftblasen zu versorgen.

Zur Verdeutlichung der Strömungsführung sind die Anschlußstellen an den Klärraum 1, also der Einlauf 13 und Auslauf 14, in Umfangsrichtung versetzt gezeichnet. Der Einlauf 13 ist hier mit einem Turbulenzerzeuger 17 versehen, der als Stufendiffusor ausgebildet ist.

Dort, wo die Suspension S in den Klärraum 1 einläuft, hat dieser seinen größten Innendurchmesser, den Maximaldurchmesser D1. Der Innendurchmesser des Klärraumes nimmt im Verlauf der Axialbewegung 4 der Suspension ständig ab, bis er im Bereich des Auslaufes 14 aus dem Klärraum den Minimaldurchmesser D2 hat. Der Übergang zwischen Maximaldurchmesser und Minimaldurchmesser erfolgt erfindungsgemäß entlang einer gewölbten Kontur 6. Die Wölbung der Kontur 6 ist so ausgestaltet, daß im initialen Bereich ein kleinerer Krümmungsradius R1 als im Endbereich der Kontur (Krümmungsradius R2) ist.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung von oben.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Flotationsvorrichtung besteht die Möglichkeit, zur Flotation bestimmte Luftblasen durch einen Luftkasten 18, welcher sich außen im Bereich der Kontur 6 des Klärraumes 1 befindet, zuzugeben. Dazu ist der Flotationsbehälter 12' mit einem durchlässigen Wandabschnitt 20 versehen. Die Zugabe kann exklusiv sein oder zusätzlich zu weiterer bereits in den Einlauf 13 zugegebenen Luft 9. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Ausführung des Verfahrens bietet die Zugabe von Luftblasen im Verlauf der Kontur 6 die besondere Möglichkeit, bei der Flotation unterschiedliche Luftblasengröße und/oder Luftblasenmenge an verschiedenen Stellen, in axialer Richtung betrachtet, einsetzen zu können. Mit einer solchen differenzierten Luftblasenzugabe können die Möglichkeiten der unterschiedlichen Zentrifugalfelder zusätzlich genutzt werden. Im allgemeinen sind die feineren Luftblasen im Bereich der stärkeren Zentrifugalfelder vorteilhaft, da dort die feinen Partikel am wirksamsten zu flotieren sind.

Eine besonders sinnvolle Ausgestaltung ist folgende Kombination: Zugabe von relativ großen Luftblasen in den Einlauf 13 (z. B. mit Hilfe eines Stufendiffusors) und von relativ kleinen Luftblasen durch eine poröse Wand in der Kontur 6 des Klärraumes 1. Eventuell ist dann eine einzige Kammer 19 im Luftkasten 18 ausreichend.

Der in Fig. 4 gezeigte untere Teil einer Flotationsvorrichtung ist für ein Verfahren bestimmt, bei dem im Gegensatz zu den in Fig. 1 bis 3 gezeigten Fällen die Suspension oben ein- und unten ausgeführt wird. Daher liegt der Auslauf 14 im unteren Teil. Diese Ausführungsform hat in vielen Fällen den Vorteil einer leichteren Schaumabfuhr, andererseits deuten Versuchsergebnisse darauf hin, daß die Ausführung mit Einlauf 13 unten und Auslauf 14 oben bessere Flotationsergebnisse liefert. Eine weitere Besonderheit liegt hier in dem dargestellten Schaumrohr 15', welches als doppelwandiges Rohr ausgeführt wird, wodurch zwei verschiedene Schaumqualitäten, nämlich Schaum-Fraktion 21, bzw. Schaum-Fraktion 22 abgeführt werden können. Eine solche Differenzierung ist grundsätzlich auch möglich, wenn der Schaumabzug im oberen Teil des Klärraumes 1 liegt.

Claims

1. Verfahren zum Abtrennen von Feststoffen aus einer Suspension durch Flotation in einem Klärraum (1),
wobei die Suspension im Klärraum (1) in eine Rotationsbewegung (3) versetzt wird, so daß sie einen Flüssigkeitswirbel (2) bildet,
wobei der Rotationsbewegung (3) eine Axialbewegung (4) überlagert wird, die sich im wesentlichen in einer Richtung der Rotationsachse (5) erstreckt,
wobei sich die flotierten Anteile der Suspension radial nach innen und außerdem axial bewegen,
wobei diese axiale Richtung mit der Richtung der Axialbewegung (4) der Suspension übereinstimmt und
wobei der Flüssigkeitswirbel (2) im Bereich des Einlaufes (13) in den Klärraum (1) einen Maximaldurchmesser (D1) hat, der größer ist als der Minimaldurchmesser (D2) im Bereich des Auslaufes (14) aus dem Klärraum (1),
dadurch gekennzeichnet,
daß der Übergang zwischen dem Maximaldurchmesser (D1) und dem Minimaldurchmesser (D2) auf einer Kontur (6) verläuft, welche nach innen gewölbt ist, wobei der Krümmungsradius im Bereich des Maximaldurchmessers (D1) kleiner ist als im Bereich des Minimaldurchmessers (D2).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur (6) eine parabolische Form hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse (5) im wesentlichen vertikal ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die überlagerte Bewegung (4) der Suspension (S) vertikal von unten nach oben verläuft.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf (13) der Suspension (S) tangential erfolgt.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf (14) der Suspension (S) tangential erfolgt.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der zugeführten Suspension (S), wie an sich bekannt, dicht am Einlauf (13) in den Klärraum (1) Mikroturbulenzen erzeugt werden.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flotation benötigte Luft (9) gemeinsam mit der Suspension in den Klärraum (1) gelangt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flotation benötigte Luft (9) im Bereich der Mikroturbulenzen zugemischt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Suspension die zur Flotation benötigte Luft (9') zumindest teilweise im Klärraum (1) zugegeben wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flotation benötigte Luftblasen an verschiedenen Stellen in den Flüssigkeitswirbel (2) eingespeist werden, wobei diese Stellen axial verteilt sind.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die an den verschiedenen Stellen eingespeisten Luftblasen unterschiedlich groß sind, derart, daß die näher dem Einlauf (13) eingespeisten Luftblasen größer sind als die näher dem Auslauf (14) zugegebenen.

13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu flotierende Suspension (S) gelöste Luft enthält und zur Flotation benötigte Luftblasen durch Druckabfall in der Suspension erzeugt werden.

14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß flotierte Anteile der Suspension in mehreren Schaum-Fraktionen (21, 22) aus dem Klärraum abgeführt werden.

15. Flotationsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche mit einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Flotationsbehälter (12, 12'), mindestens einem tangentialen Einlauf (13) für die zuzuführende Suspension, mit mindestens einem Auslauf (14) für die abzuführende Suspension, mit mindestens einem zentralen Schaumrohr (15, 15') für die flotierten Anteile, dessen Einlauföffnung, axial betrachtet, an der Seite des Flotationsbehälters (12, 12') angeordnet ist, an der sich auch der Auslauf (14) befindet, wobei die Innenkontur des Flotationsbehälters (12, 12') sich vom Einlauf (13) zum Auslauf (14) hin verjüngt, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Flotationsbehälters (12, 12') zwischen dem tangentialen Einlauf (13) und dem Auslauf (14) eine nach innen gewölbte Kontur (6) hat.

16. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Flotationsbehälter (12, 12') für den Betrieb mit im wesentlichen senkrechter Rotationsachse (5) bestimmt ist.

17. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf (13) im Bodenbereich des Flotationsbehälters (12, 12') angeordnet ist und Auslauf (14) und Schaumrohr (15, 15') im Deckelbereich.

18. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Bereich des Einlaufes (13) mindestens ein Turbulenzerzeuger (17) befindet.

19. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulenzerzeuger (17) ein sich sprunghaft erweiternder Stufendiffusor ist.

20. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulenzerzeuger (17) ein Stufendiffusor ist.

21. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flotation benötigte Luft (9) in den Turbulenzerzeuger (17) zuführbar ist.

22. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flotation benötigte Luft (9') aus mindestens einem Luftkasten (18) durch mindestens einen durchlässigen Wandungsabschnitt (20) des Flotationsbehälters (12, 12') radial in diesen einführbar ist.

23. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkasten (18) axial in Kammern (19) aufgeteilt ist.

24. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässigkeit verschiedener Wandungsabschnitte (20) unterschiedlich ist und daß Wandungsabschnitte mit verschiedener Durchlässigkeit verschiedenen Kammern (19) zugeordnet sind.

25. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flotation benötigte Luftblasen mit Hilfe einer vor dem oder im Einlauf (13) befindlichen Drossel für den Klärraum durch Drucksenkung in der Suspension erzeugbar sind.

26. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des größten Innendurchmessers des Schaumrohres (15, 15') zum größten Innendurchmesser des Flotationsbehälters (12, 12') größer als 0,6 ist.

27. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumrohr (15') mehrere, insbesondere zwei konzentrische, sich axial im wesentlichen deckende Rohre aufweist, so daß mehrere, insbesondere zwei verschiedene Fraktionen mit flotiertem Stoff ausgeleitet werden können.