DE2150683A1

DE2150683A1 - Verfahren zur Entfernung von Staub

Info

Publication number: DE2150683A1
Application number: DE19712150683
Authority: DE
Inventors: Degginger Edward Reinauer
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1970-10-13
Filing date: 1971-10-12
Publication date: 1972-04-20
Also published as: IT942671B; FR2111332A5; US3690727A

Description

Priorität: v.13.Okt.1970 in USA Serial No.: 80 483

Die Erfindung betrifft das Unterdrücken und Sammeln von Staub und spezieller die Verwendung einer wässrigen, sich ausdehnenden Lösung zum Zwecke der Staubsammlung oder Staubunterdrückung.

Staubunterdrückung und Staubsammlung stehen in Beziehung zueinander, doch handelt es sich um unterschiedliche Verfahren. Das Staubsammeln besteht in der Entfernung feinteiliger,.fester Materie aus einem Gas, in dem diese feinteilige Materie suspendiert ist. Staubunterdrückung bezeichnet das Verhindern oder Vermindern des Umfangs, indem feinteilige, feste Materie in einem Gas_f gewöhnlich in Luft, suspendiert wird. Im letzteren Fall kann die feinteilige, feste Materie entweder bereits existieren oder als Ergebnis

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verschiedener mechanischer Operationen gebildet werden, wie beim Zerreiben, Vermählen, Schneiden, Zerstoßen, Explodieren u.dergl. Die Erwünschtheit von Verfahren zur Staubsammlung und Staubunterdrückung ist insoweit bekannt, als Staub, der bei einer Vielzahl verschiedener industrieller Verfahren gebildet wird, eine der Hauptursachen für Luftverschmutzung ist.

Eine Vielzahl von Verfahren und Apparaturen kennt man zur Staubsammlung, wie Trägheits- und elektrostatische Niederschlagapparaturen, Packungsschichtfilter u.dergl. Eine der üblicheren Formen von Staubentfernungsapparaturen ist der sogenannte Gaswäscher. Gaswäscher, die eine Flüssigkeit, gewöhnlich Wasser, benützen, um die Entfernung von Verunreinigungen aus einem Gasstrom zu unterstützen, bezeichnet man in der Technik als Feuchtgaswäscher. Feuchtgaswäscher sind grundsätzlich von zwei verschiedenen Typen, dem Niederenergietyp und dem Venturityp. Die Niederenergietypen führen das staubhaltige Gas entweder durch die Flüssigkeit in einem verengten Durchgang, durch eine Platte oder Packung, auf der ein Flüssigkeitskörper gehalten wird, oder durch ein oder mehrere Kammern, die mit Sprüheinrichtungen versehen sind. Die Niederenergie-Feuchtgaswäscher enthalten somit offene Sprühtürme, gepackte Türme, Feuchtzentrifugentürme oder Zyklontürme, Wäscher mit durchfluteten Schichten, Wäscher mit Öffnungen und dynamische Feuchtwäscher. Ein Zyklonwäscher benützt beispielsweise ein Verfahren, bei dem das staubhaltige Gas in eine kegelförmige oder zylindri-

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sehe Kammer eintritt und diese axial verläßt. Wegen der Richtungsänderung des Gasstromes werden die Staubteilchen zu der Innenfläche der Wand der Kammer geschleudert, von der sie zum Boden der Kammer tropfen. Um die Teilchenaus fallneigung zu erhöhen, gelangt das Gas durch Flüssigkeitssprühnebel, gewöhnlich aus Wasser, auf seinem Weg durch die Kammer.

Venturiwäscher benützen ein Venturirohr für das Vermischen von staubbeladenem Gas und der Waschflüssigkeit, indem das Gas mit hoher Geschwindigkeit mit der eingespritzten Flüssigkeit in das Venturirohr gepreßt wird. Solche Wäscher umfassen die sogenannten Trocken- und Feuchtventuriwaseher, die Wäscher mit überfluteten Scheiben und Ejektorventuriwäscha: einschließen. Der geraeinsame Nenner aller dieser Feuchtgaswäscher sowohl des Niederenergietyps wie auch des Hochenergietyps ist ihr Zweck, der natürlich darin besteht, suspendierte feste, feinteilige Materie aus einem Gasstrom zu entfernen, sowie ihre Verwendung einer Flüssigkeit, gewöhnlich von Wasser, um dies zu bewirken, und zwar hauptsächlich durch Anhaften der Staubteilchen an die Flüssigkeitströpfchen, mit denen sie in Kontakt kommen.

Eine detaillierte Beschreibung der meisten verschiedenen Feuchtgaswäscher, die derzeit verwendet werden, findet sich in Chem.Eng. 75 10/14, Seite 152 ff. (1968). Jedoch ist ein Verständnis des mechanischen Betriebs dieser verschiedenen Typen von Trenneinrichtungen nicht wichtig für

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diese Erfindung. Der wesentliche Faktor ist die Benützung einer Flüssigkeit bei diesen Apparaturen, um die Staubteilchen zum Aneinanderheften zu bringen, um so ihre Entfernung aus einem Gasstrom zu erleichern. Wegen seine^zahlreichen erwünschten Eigenschaften wird Wasser beinahe uni¹-versell als Feuchtgaswäscherflüssigkeit verwendet. Jede Modifizierung des Wassers, die dessen Neigung verbessert, die Staubteilchen zum Anhaften aneinander zu bringen, würde natürlich die Wirksamkeit der Waschoperation verbessern.

Staubunterdrückung ist ein anderes Gebiet, das weitgehend von Flüssigkeiten Gebrauch macht, und wiederum gewöhnlich von Wasser, um die feinteilige, feste Materie zum Anhaften aneinander zu bringen. Es ist häufig erforderlich, Anhäufungen feinteiliger Materie "anzufeuchten", um zu verhindern, daß diese Materie weggeblasen oder anderweitig in der Atmosphäre suspendiert wird. Beispielsweise produziert eine große Zahl industrieller Verfahren Nebenprodukte in der Form eines Feinpulvers. Dieses Produkt wird gewöhnlich in großen Haufen gelagert, die periodisch angefeuchtet, d.h. mit Wasser besprüht werden müssen, um zu verhindern, daß Mengen eines solchen Pulvers in der Atmosphäre suspendiert werden und dadurch ein Verschmutzungsproblem ergeben. Eines der Probleme bei der Verwendung von Wasser ist das, daß es häufig wegläuft, verdampft und/oder in das Innere der Haufen des feinteiligen Materials tröpfelt. Eine Modifizierung von Wasser, die dessen Verdampfung und Weglaufneigung vermindert, wäre daher eine Verbesserung von dessen Brauch-

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- 5 barkeit auf diesem Anwendungsgebiet.

Wie oben aufgezeigt wurde, produzieren schließlich viele mechanische Bearbeitungsverfahren, wie Bohren, Schneiden, Aufwühlen, Schleifen, Mahlen, Explodierenlassen u.dergl. große Mengen an Staub, die in der Luft suspendiert werden und somit efa Problem für den Arbeiter in diesem Bereich darstellen. Diese verschiedenen in Beziehung zueinander stehenden Verfahren können allgemein in die Kategorie des Bearbeitens eingeordnet werden. Ein besonders bekanntes Gebiet, bei dem diese Probleme auftauchen, ist das der Bergwerke, besonders der Kohlebergwerke. Wenn eine Kohleader unter Tage in Stücke geeigneter Größe zur Entfernung mit modernen Bergwerkmaschinen oder durch Explosivladungen zerbrochen wird, werden ebenfalls große Mengen an Kohlestaub produziert, die in der Bergwerkatmosphäre suspendiert werden. Dieser suspendierte Kohlestaub ist die Ursache für die "Schwarzlunge" unter den Bergwerksarbeitern. Um die Bildung von suspendiertem Staub zu vermindern, wird Wasser auf die feste Kohle dort aufgesprüht, wo die Bergwerksmaschinen arbeiten, um Staubteilchen während ihrer Bildung herunterzuwaschen und zu verhindern, daß sie in der Luft suspendiert werden. Ein Be- · sprühen der Wand von Kohlebergwerken unmittelbar vor kohleaufwerfenden Explosionen unterstützt ebenfalls die Verhinderung einer Staubbildung. Dieses Besprühen erfolgt zweckmäßig nicht nur af den Bergwerkswänden an und nahe dem Punkt der Explosion oder der Bearbeitung, sondern auch auf

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den Wänden des oder der Schächte, die von dem Punkt der Explosion oder Bearbeitung wegführen. Der Zweck hiervon ist natürlich, Kohlestaubteilchen aufzunehmen, die gegen die Schachtwände stoßen, wenn sie durch den Schacht unter der Kraft der Explosion geblasen werden. Außerdem ist es erwünscht, die Wände der gesamten Bergwerksschächte, die tatsächlich in Benützung sind, zu befeuchten. Diese Schachtwände sind gewöhnlich mit Staub bedeckt, und die durch das Vorbeiführen von Maschinen verursachte Vibration bewirbt, daß dieser Staub losgeschüttelt und in der umgebenden Luft suspendiert wird. Irgendeine Modifizierung von Wasser, die die Neigung eines Anhaftens der Staubteilchen an der festen Kohle und auch an den anderen Kohlestaubteilchen erhöht und die ihre Verdampfungsneigung vermindert, würde wiederum die Zahl solcher Teilchen, die in der Luft suspendiert wird und suspendiert bleibt, vermindern.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Staubsammlung oder -zusammenballung und zur Staubunterdrückung zu bekommen. Besonders ist ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Staubsammlung und Staubunterdrtickung zu erhalten, die wenigstens zum Teil durch Kontakt des Staubes mit Wasser erreicht wird.

Weitere Ziele und Vorteile werden aus der Beschreibung der Erfindung nachfolgend offenbar.

Wenn Wasser so modifiziert werden könnte, daß dessen Affini-

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tat zu feinteiliger Materie verbessert wird, d.h., die Neigung von Staubteilchen, an dem Wasser, mit dem sie in Kontakt kommen, anzuhaften, würde, wie oben aufgezeigt wurde, die Wirksamkeit der bekannten Verfahren zur Staubunterdrückung und Staubsammlung wesentlich verbessert werden. In gleicher Weise ist es erwünscht, die Verdampfungsneigung von Wasser, und in vielen Fällen auch dessen Fließfähigkeit, d.h. dessen Neigung, auf vertikalen oder geneigten Flächen abzulaufen, zu vermindern. Es wurde nun nach der vorliegenden Erfindung gefunden, daß wässrige, sich ausdehnende Lösungen, die etwa 0,5 bis 6,0 Gew.-% wasserlösliches Vinylalkoholpolymer und etwa 0,5 bis 6,0 Gew.-% Alkalimetallborat enthalten, bei der Staubunterdrückung und Staubsammlung oder -zusammenballung besser als Wasser allein sind. Diese Überlegenheit ist nicht nur auf die größere Anhaftungsneigung der wässrigen, sich ausdehnenden Lösung zurückzuführen, sondern auch auf deren geringere Neigung, zu verdampfen und/oder abzulaufen, im Vergleich mit Wasser.

Wie oben aufgezeigt wurde, ist eine große Vielzahl von Apparaturen, die Wasser benützen, veirfügbar, um StauHieilchen aus Gasströmen zu entfernen. Die wässrigen, sich ausdehnenden Lösungen nach der vorliegenden Erfindung können vorteilhafterweise an Stelle von Wasser in einer solchen Apparatur, beispielsweise in Feuchtgaswäschern, benützt werden, wobei die einzigen Modifikationen dieser Apparaturen darin bestehen, daß eine etwas viskosere Flüssig-

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keit als Wasser gepumpt werden muß. Wenn die Staubsammelapparatur eine Sprühvorrichtung für Wasser benützt, kann die sich ausbreitende Lösung außerhalb gebildet und dann der Apparatur zugeführt oder stattdessen in situ entwickelt werden, wie nachfolgend erklärt wird.

Es wurde gefunden, daß sich eine ausbreitende Lösung im wesentlich? augenblicklich bildet, wenn getrennte wässrige Lösungen von Alkaliborat und Polyvinylalkohol in der Form konvergierender Ströme der betreffenden Lösungen zusammengebracht werden. Unter solchen Umständen ist die Sprühflüs- ■ sigkeit einer sich ausbreitenden Lösung, mit der das Staubteilchen enthaltende Gas in Kontakt kommt, im wesentlichen identisch mit der Sprühflüssigkeit, die gebildet wird, wenn eine vorher gebildete sich ausbreitende Lösung auf das Staubteilchen enthaltende Gas gesprüht wird. Es wurden aber die mechanischen Probleme, die bei der Handhabung einer sich ausdehnenden Lösung auftreten, vermieden, da eine solche Lösung außerhalb aller mechanischer Verteilereinrichtungen und erst unmittelbar vor dem ersten Kontakt der sich ausdehnenden Lösungen mit den Staubteilchen gebildet wird. In Staubsammelapparaturen, die nicht eine Sprühflüssigkeit, sondern ein Becken oder eine andere im wesentlichen stehende Flüssigkeitsmasse benützen, durch die oder über die das die Staubteilchen enthaltende Gas gehen muß, wie bei einem Wäscher mit Öffnungen, ist es vergleichsweise unwichtig, ob die sich ausdehnende Lösung außerhalb oder in situ in

der Staubsammelapparatur gebildet wird.

Die Ausdrücke "Sprühflüssigkeit" und "Strom" werden hier gegeneinander austauschbar benützt. In einigen Fällen wird ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausdrücken gemacht, je nachdem, ob die fragliche Flüssigkeit in der Form eines kontinuierlichen Flüssigkeitsstromes oder in der Form mehr oder weniger getrennter Flüssigkeitsteilchen, die in Luft dispergiert sind, d.h. als Gemisch, auftritt. Ein solcher Unterschied ist zum Zwecke der vorliegenden ErfMnng technisch nicht wesentlich, und daher sollen die Ausdrücke "Strom" oder "Sprühflüssigkeit" beide einen kontinuierlichen Flüssigkeitsstrom oder eine mit Luft dispergierte Flüssigkeit bezeichnen.

Die Größe der Staubteilchen, die zur Verwendung der sich ausdehnenden Lösungen nach der Erfindung entfernt werden können, kann so klein wie 0,5 ,u im Durchmesser sein, je nach der Konstruktion der Gaswäscherapparatur. Es gibt keine maximale Teilchengröße, obwohl in der Praxis Teilchen mit einem Durchmesser größer als 1 mm allgemein besser mit anderen Apparaturen als Feuchtgaswäschenn aus Gasströmen entfernt werden.

Wenn man die sich ausdehnenden Lösungen nach der vorliegenden Erfindung als Staubunterdrücker benützt, werden solche Lösungen gewöhnlich auf die Oberfläche eines Materials

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(nachfolgend Substrat genannt) aufgesprüht, das bereits in feinteiliger Form vorliegt oder irgendeiner mechanischen Bearbeitung unterzogen werden soll, wie beispielsweise Abscheren, Schneiden, Mahlen, Zerstoßen, Schleifen, Explodieren u.dergl., was die Bildung feiner Teilchen verursacht.

Die bereits in feinteiliger Form vorliegenden Substrate, welche mit Vorteil mit den sich ausdehnenden Lösungen nach der vorliegenden Erfindung befeuchtet werden können, sind ziemlich unbegrenzt, wobei die einzige Begrenzung natürlich darin besteht, daß das Material im wesentlichen "wasserunlöslich ist. Mit Vorteil können daher feinteilige pflanzliche und anorganische Materialien, wie Erz, Getreide, Textilrohfasern u.dergl., behandelt werden.

Wenn die sich ausbreitenden Lösungen . nach der Erfindung auf*, mit dem Staub, wie beispielsweise Kohlestaub, beschichtete Wände von Bergwerksschächten und Tunnels aufgesprüht werden, sind sie besonders erwünscht. Wasser allein läuft ab, und selbst das Wasser, das tatsächlich auf den Wänden bleibt, verdampft. Die vorliegenden sich ausbreitenden Lösungen haften nicht nur leicht an den Wänden an, sondern nach dem Verdampfen der wässrigen Komponente derselben bilden sie einen im wesentlichen undurchlässigen Überzug bder eine Haut, die aus den hichtwässrigen Komponenten der sich ausbreitenden Lösung bestehen.

Wenn ein brüchiges Substrat vor einer mechanischen Bearbei-

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tung behandelt wird, ist wiederum die einzige Begrenzung die, daß das Substrat im wesentlichen unlöslich in der sich ausdehnenden Lösung ist. Eine solche Behandlung ist besonders vorteilhaft im Falle von Kohlebergwerken, wo die Bergwerkswände am Punkt der Bearbeitung oder Explosion und daran angrenzend, d.h. in nächster Nachbarschaft, mit der wässrigen sich ausdehnenden Lösung nach der vorliegenden Erfindung besprüht -warden. Der Ausdruck"benachbart" bezeichnet Wandoberflächen in einem Abstand von bis zu 30 m vom Punkt der Bearbeitung aus. Wie oben angedeutet wurde, können alle Bergwerkswände in Schächten oder Tunnels, die tatsächlich im Betrieb sind, vorteilhafterweise mit sich ausbreitender Lösung besprüht werden. Die wässrige sich ausbreitende Lösung bildet auf den Bergwerkswänden einen klebrigen Überzug, der nicht wie Wasser abläuft und leicht an den Wänden haftet und irgendwelche Staubteilchen, die dagegen schlagen, zum Anhaften bringt. Wegen ihrer Klebrigkeit vermindert die sich ausbreitende Lösung im wesentlichen die Staubbildung an dem Punkt der Explosion unter Bearbeitung. Wenn in Wasser gekühlte Maschinen benützt werden, kann das Kühlen stattdessen mit wässriger, sich ausdehender Lösung erfolgen, wobei man diese sich ausdehnende Lösung leicht an den Punkt der Bearbeitung bringt, wo der Staub entwickelt wird. Die Bildung wird vorzugsweise in zwei getrennten Kombinationsgemischen mit Luftdruck auf der Stelle der Bearbeitung aufgesprüht, um den Kohlestaub abzufangen, wenn dieser gebildet wird. Anderes Arbeiten, bei dem das brüchige Substrat vorteilhafterweise mit sich

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ausbreitender Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet werden kann, schließen beispielsweise Bauxit-, Rutil- und Zinnbergwerke sowie Steinbrüche und Säge-Werke ein.

Die Aufbringungsmenge der sich ausbreitenden Lösung variiert natürlich mit dem zu behandelnden Substrat. Gewöhnlich liegt eine geeignete Aufbringungsmenge bei etwa 200 bis 4000 cm³/™² Substrat (0,5 bis 10 Gallonen/100 Quadratfuß). Man sollte jedoch beachten, daß dia obere Grenze der Aufbringung im allgemeinen sich nur nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten bestimmt. Die untere Grenze wird durch die Staubbiläungsneigung des Substrats und dem erwünschten oder erforderlichen Grad der Staubunterdrückung bestimmt. Im allgemeine ist der Grad an Staubunterdrückung umso größer, je mehr Lösung aufgebracht wird.

Natürlich kann die sich ausbreitende Lösung in der Weise hergestellt werden, daß man getrennt voneinander Borat und Polyvinylalkohol zu einem gerührten und vorzugsweise erhitzten wässrigen Lösungsmittel zusetzt oder indem man getrennte wässrige Polyvinylalkohol- und wässrige Boratlösungen miteinander vereinigt. Stattdessen kann die sich ausbreitende Lösung auch aus zusammenfließenden Strömen einer Boratlösung und einer Polyvinylalkohollösung unmittelbar vor der Ablagerung des vereinigten Stromes auf dem

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Substrat gebildet werden, d.h., bei derMethode nach der vorliegenden Erfindung würden in diesem Fall die getrennten wässrigen Lösungen von Alkaliborat und Polyvinylalkohol getrennt, gewöhnlich in Tanks oder ähnlichen Behältern gelagert werden, obwohl für bestimmte Bearbeitungen großen Maßstabs auch andere Behälter, wie Teiche, benützt werden können.

Wenn es erwünscht ist, die sich ausbreitende Zusammensetzung für eine Behandlung brüchiger Substrate zu benützen, um deren Staubbildungsneigung zu vermindern, werden zusammenfließende Ströme der beiden Lösungen auf das Substrat aufgesprüht. Die beiden Ströme bilden beim Zusammenkommen im wesentlichen augenblicklich die viskose, sich ausdehnende Lösung mit den oben erwähnten Staubunterdrückungseigenschaften. Das Zusammenkommen der beiden Ströme kann an irgendeinem Punkt zwischen dem Verlassen der Verteilerapparatur uiidem Punkt, an dem die Ströme auf das Substrat auftreffen, erfolgen, da, wie oben gesagt, die sich ausbreitende Lösung sich fast augenblicklich bildet. Vorzugsweise werden die Ströme so «usammengeführt, daß sie die sich ausbreitende Lösung sobald wie möglich nach dem Verlassen der .Abgabeapparatur bilden. Dies erreicht man am leichtesten, indem man zwei einander unmittelbar benachbarte Düsen.benützt, die so geformt und angebracht sind, daß die aus den betreffenden Düsen austretenden Ströme im wesentlichen unmittelbar danach zusammentreffen. Stattdessen können die beiden Düsen konzentrisch angeordnet sein, wobei eine äußere

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Düse im wesentlichen koaxial konzentrisch um eine innere Düse angeordnet ist und die Austrittsöffnungen beider Düsen im wesentlichen konzentrisch und aneinander angrenzend angeordnet sind. Die genaue Art und Weise, in der das Zusammenfließen der Ströme erreicht wird, ist nicht wesentlich, da es nur erforderlich ist, daß das Zusammenfließen an irgend einem Punkt vor oder sogar auf dem Substrat erfolgt, wie oben gesagt wurde. Der Vorteil einer Benützung einer sich ausbreitenden Lösung, die unmittelbar vor ihrer Aufbringung auf den zu behandelnden Substrat gebildet wird, ist der, daß die sich ausbreitende Lösung nicht mit mechanischen Einrichtungen gehandhabt werden muß, d.h., das Zusammenfließen der beiden Ströme erfolgt außerhalb der Abgabemechanismen .

Diese Konstruktion konvergierender oder, konzentrischer Düsen wird auch zweckmäßig in den oben beschriebenen modifizierten Feuchtgasv/äsehern benützt, um in situ die Eildung der sich ausbreitenden Sprühlösung zu erhalten.

Die Pump- oder andere Lösungsüberführungseinrichtung, die benützt wird, um die zusammenfließenden Ströme zu versprühen, ist eine Sache der Auswahl, und es kann irgenceine herkömmliche Einrichtung benützt werden, die derzeit zur Verfugung steht zum Vasprühen im wesentlichen nicht korrodierender, wässriger Lösungen eines weiten Viskositätsbereiches.

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Diese getrennten Ströme können, wie oben gesagt, die Form von Gemischen haben, die durch Luftdruck vorangetrieben werden, um einen Schaum zu ergeben, der besonders geeignet ist, Staub abzufangen, welcher von einem Werkzeug üüi der Bearbeitung eines brüchigen Substrates gebildet wird.

Die sich ausdehnenden Lösungen nach der vorliegenden Erfindung enthalten etwa 0,5 bis 6,0 Gew.-% Polyvinylalkohol und etwa 0,5 bis 6,0 Gew.-% Alkaliborat. Wenn die sich ausbreitende Lösung vor der Verwendung gebildet wird, werden die geeigneten Mengen an Borat und Polyvinylalkohol entweder gleichzeitig oder nacheinander bloß zu Wasser zugesetzt, vorzugsweise unter Erhitzen und Rühren. Im Falle, wo man eine solche sich ausbreitende Lösung ,lurch die ivor-ibination zweier getrennter Lösungen als fließende Ströme, ggf. bei unterschiedlichen Fließgeschwinüigkeiten, erhält, kann die Arbeitskonzeniration an Polyvinylalkohol und Borat in den betreffenden getrennten Lösungen vor ihrer Vereinigung nicht rat Genauigkeit angegeben v.^Terden. Unterstellt man, daß gleiche Volumenteile der beiden Lösungen miteinander vareiiigt werden, könnten die Konzentrationen des Polyvinylalkohol und Borats in den betreffenden getrennten Lösungen zwischen 1,0 und 12,o Cew.-S variieren, was bei der Vereinigung die gewünschte Endkonzentration von 0,5 bis 6,0 Gew.-% ergäbe, jl.s ist natürlich nicht erforderlich, daß die

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Konzentration an Polyvinylalkohol und Borat in dem vereinigten Strom identisch ist, da man sich ausdehnende Lösungen solange erhält, als beide Komponenten in dam vereinigten Strom jeweils in einer Konzentration im Bereich von 0,5 bis 6,0 Gew.-% vorliegen. Die bevorzugte Konzentration an Alkaliborat und Polyvinylalkohol in den sich ausbreitenden Lösungen nach der Erfindung liegt im Bereich von jeweils etwa 2,0 bis 6,0 Gew.-%.

Um die Löslichieit des Borats in kaltem Wasser zu erhöhen, wurde es als vorteilhaft gefunden, zu dem Wasser vor oder gleichzeitig mit dem Borat 0,5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Wassers in der sich ausbreitenden Lösung in der Endzusammensetzung, eines in Wasser löslichen märrwertigen C₂- bis C, ,""Alkohols zuzusetzen.

Im Falle, wo das Borat und der Polyvinylalkohol in getrennten Lösungen aufgelöst werden, die danach miteinander vereinigt werden, wird die Konzentration an mehrwertigem Alkohol, sogar als Borat, in der borathaltigen Lösung vor der Vereinigung mit der polyvinylalkoholhaltigen Lösung größer sein. Die Konzentration des mehrwertigen Alkohols in der Boratlösung sollte so sein, daß man eine Konzentration an Polyol in der sich ausbreitenden Lösung im Bereich von 0,5 bis 10,0 Gew.-%, vorzugsweise von 3,0 bis 7,0 Gew.-%, erhält.

Der Ausdruck "wasserlöslicher mehrwertiger Alkohol", wie er

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in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, bedeutet einen nichtaromatischen C₂ bis C,₂-Polyhydroxykohlenwasserstoff, d.h. ein Alkan, Alken, Cycloalkan oder Cycloalken mit 2 bis 8 Hydroxylgruppen. Der Ausdruck "wasserlöslich", wie er hier für solche Polyole verwendet wird, bedeutet, daß das Polyol in Wasser zu wenigstens 25 Gew.-% bei 25°C löslich ist.

Beispiele geeigneter wasserlöslicher, nichtaromatischer C₂ bis C₁₂-Polyole sind Äthylenglycol, Diäthylenglycol, Triäthylenglycol, Trimethylenglocyl, Mono- und Dipropylenglycol, Glycerin,Erythrit, Pentaerythrit, Trimethyloläthan und Trimethylolpropan, Arabit, Adonit, Xylit, Mannit, Sorbit, Idit, Dulcit, Mono- und Disaccharide, Glucose, Dextrose, Fructose, Sucrose usw. sowie verschiedene leomere Cyclohexantriole und n-Hexantriole. Am meisten bevorzugt sind Glucose, Enzose (Handelsname der Com Products Co.) und Sucrose.

Der Ausdruck "Alkaliborat", wie er in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, betrifft nicht nur Alkalisalze der üblichen Borsäuren, d.h. Tetraborsäure, ^H ₂ ^B4^O7' Metaborsäure, HBO-, und Orthoborsäure, H₃BO₃, sondern auch die Salze der anderen Borsäuren, wie ^Ηο^Β2°4' ^H2^B6°lo^f ^H2^B12°19' ^H6^B4°9 ^xm(^^L ^6^B8°15* ¹^ *" ^^{er AusnanIne} der Metaboratsalze und Orthoboratsalze besitzen solche Alkaliborate die allgemeine Formel M₂O^mB₃O₃, worin M ein Alkalimetall

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und m eine Zahl von 1 bis 4 bedeutet. Hydrate der oben aufgezählten Boratsalze sind ebenfalls geeignet.

Es kann entweder ein einzelnes Boratsalz oder irgendein Gemisch hiervon verwendet werden. Gewöhnlich erhält man bei der Verwendung eines Gemisches von Boraten keine zusätzlichen Vorteile. Obwohl noch andere Alkalimetallsalze als Natrium- und Kaliumsalze verwendet werden können, sind solche aus wirtschaftlichen Gruden doch nicht bevorzugt.

Das bevorzugte Borat ist Borax, d.h. Natriumtetraboratdecahydrat.

Der Ausdruck "wasserlösliches Vinylalkoholpolymer", wie er hier verwendet wird, bedeutet Vinylalkoholpolymere, bei denen bis zu 50 % der Hydroxylgruppen durch Methoxy-, Äthoxy-, Acetyl-, Propionyl- oder Butyrylreste ersetzt sind, d.h., der Ausdruck meint teilweise verätherten oder veresterten Polyvonylalkohol. Die Methoxy- und Äthoxyätherreste können unsubstituiert oder mit Hydroxylgruppen oder Carboxylgruppen substituiert sein. Die Acetyl-, Propionyl- und Butyrylreste können ebenfalls unsubstituiert oder durch Halogen oder Hydroxyl substituiert sein. Vorzugsweise werden nicht mehr als etwa 2O % der Polyvinylalkoholhydroxylgruppen durch die oben erwähnten Ätheroder Esterreste ersetzt. Der Ausdruck "wasserlöslich" bedeutet, daß das Polymer wenigstens zu 5,0 Gew.-% in Was-

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~\ ser bei Raumtemperatur löslich ist, obwohl in einigen Fällen ein Erhitzen des Wassers auf eine höhere Temperatur bis zu 95°C erforderlich sein kann, um das Polymer anfänglich zu lösen.

Die bei dem Verfahren nach der Erfindung verwendeten Vinylalkoholpolyraere können daher durch die allgemeine Strukturformel

CH₂ - CH

OR

wiedergegeben werden, worin χ im Bereich von etwa 1200 bis etwa 5OOO, vorzugsweise zwischen 1600 und 3000, liegen kann und R ein Wasserstoffatom, eine »ethyl- , äthyl-, acetyl-, propionyl-, butyryl-, hydroxylsubstituierte oder carboxylsubstituierte Methyl- oder iithylgruppe oder eine halogensubstituierte oder hydroxylsubstituierte Acetyl-, Propionyl- oder Butyrylgruppe bedeutet und worin wenigstens 50 % der Gruppen R Wasserstoffatome sind. Die wasserlöslichen Vinylalkoholpolymere nach der vorliegenden Erfindung können Molekulargewichte im Bereich von etwa 50 000 bis etwa 54 OOO und vorzugsweise im Bereich von etwa 70 000 bis 2OO OOO besitzen. Wie oben aufgezeigt wurde, sind vor-

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- 2ο zugsweise wenigstens 80 % der Gruppen R Wasserstoffatome.

Vinylalkoholpplymere erhält man in herkömmlicher Weise durch Polymerisieren von Estern von Vinylalkohol und ggf. abschließendes Verseifen der Estergruppen. Um die Polymere nach der vorliegenden Erfindung herzustellen, in denen bis zu etwa 50 % der Gruppen R Acylgruppen sind, polymerisiert man den entsprechenden Vinylester, um den Polyvinylester zu bekomme'n, in dem alle Gruppen R Acylreste sind, worauf man dann diesen Polyvinylester teilweise oder vollständig verseift und dabei 50 % oder mehr der Acylgruppen entfernt. Beispielsweise zur Herstellung von Polyvinylalkohol mit einem Gehalt von 20 % Acetylgruppen wurde Polyvinylacetat zu 80 % verseift, wobei die restlichen 20 % Acetylgruppen unverseift bleiben. Zur Herstellung der Methoxy- und Äthoxyätherderivate von Polyvinylalkohol würde man ein voll verseiftes Material, d.h. Polyvinylalkohol mit 98 oder mehr Prozent Hydroxylgruppen erhalten, indem man einen Polyvinylester im wesentlichen vollständig verseift und sodann bis zu dem erwünschten Grad verethert, d.h., es können bis mmximal etwa 50 % der Hydroxylgruppen veräthert werden, indem man übliche Veratherungsmittel, wie Diazomethan, Dimähylsulfat oder Diäthylsulfat, verwendet .

Beispiel 1

Dieses Experiment wurde so angelegt, um im Vergleich die

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Wirksamkeit eines Feuchtgaswäschers mit überströmter Schicht jeweils unter Verwendung von Wasser und sich ausbreitender Lösung nach der Erfindung als Staubkontaktflüssigkeiten zu testen. Die mit Staub beladene Atmosphäre wurde durch das Absaugsystem einer Möbelverarbeitungsanlage geliefert und enthielt 800 ppm Staub. Die Staubteilchen umfaßten hauptsächlich Holzstaub und kleine Mengen Lack, Papier und Schmirgelsand. Ein Standardfeuchtgaswäscher mit überströmter Schicht und mit einer Kapazität von 10 m Luft/min wurde benützt. Die maximale Teilchengröße betrug etwa 0,1 mm. Unter Verwendung von Wasser als Kontaktflüssigkeit besaß die den Wäscher verlassende Luft einen Staubgehalt von etwa 150 ppm. Wenn das Wasser durch die sich ausbreitende Lösung mit einem Gehalt von 1 1/2 % 98+ %-ig hydrolysiertem Polyvinylalkohol mit einem Molekulargewicht von 125 000, 2 % Borax uns 2 % Sucrose unter im übrigen gleichen Behandlungsbedingungen ersetzt wurde, besaß das ausströmende Gas einen Staubgehalt von nur 22 ppm.

Beispiel 2

Ein Erzverarbeitungsverfahren lieferte als Nebenprodukt eine rerichliche Menge feinteiligen Magnesiumsilicate, das in Haufen oder Kugeln gelagert wurde. Briesen oder das Vorbeifahren von Lastwagen verursachte, daß Mengen dieses feinteiligen Magnesiums!likats in der umgebenden Atmosphäre suspendiert wurden, wobei die in diesem Bereich arbeitenden

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Personen beeinträchtigt wurden. Versuche, diese Neigung eines Teils des MagnesiumsiliKats, in die Atmosphäre zu gehen, durch Besprühen eines der Haufen mit Wasser zu vermindern, war so gut wie erfolglos, da daa Wasser schnell ablief oder in den Haufen sickerte oder verdaiffe. Danach wurde eine Lösung auf den Haufen aufgesprüht, die 2 % Kaliummetaborat und 3 1/2 % 80 %-iges hydrolysiertes Polyvinylacetat (80 % Hydroxylgruppen, 2O % Acetylgruppen} k mit einem Molekulargewicht von etwa 95 000 enthielt. Diese sich.ausbreitende Lösung bildete einen viskosen, klebrigen Überzug, der nicht in den Haufen des Magnesiumsilikats einsickerte, viel langsamer als reines Wasser verdampfte und nach dem Verdampfen über dem Magnesiumsilikat eine dünne durchscheinende Haut bildete, die verhinderte, daß dieses in Form von Wolken an die Atmosphäre abgegeben wurde und diese verschmutzte.

Beispiel 3

Ein Kohleblock wurde mit einer sich drehenden Sägeschelbe von 3000 U/min bearbeitet. Die Bearbeitung lieferte reichliche Meigen an Kohlestaub an der Schneidfläche der Scheibe. Die Verwendung von Wasser, das auf die Schneidfläche der Scheibe aufgesprüht wurde, verminderte die Staubbildung, konnte diese aber nicht vollständig verhindern. Wenn das Sprühwasser durch eine Lösung ersetzt wurde, die durch Aufsprühen zweier sich vermischender Sprühf lüssigkeitert auf. die Kohleschneidfläche produziert wurde, wobei eine dieser

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beiden Lösungen 3 1/2 % Borax in Wasser und die andere 3 1/2 % 98+ %-igen hydrolysieren Polyvinylalkohol mit einem Molekulargewicht von 125 OOO in Wasser enthielt, bekam man ein schaumartiges Gel, das die Bildung staubhaltiger Luft völlig verhinderte. Die durch das Schneiden gebildeten Staubteilchen hafteten an der sich&usbreitenden Lösung an, die die Oberfläche des Kohleblocks und die unmittelbar an der Schnittfläche angrenzenden Teile der Sägebank bedeckte.

Beispiel 4

Die relative Feuchtigkeit in Kohfcbergwerken hat allgemein einen Mittelwert von mehr als 90 %, und daher sollte ein Verglefii der Wirksamkeit von Wasser und sich ausbreitender Lösung beim Befeuchten von Bergwerkswandoberflächen unter Bedingungen hoher relativer Feuchtigkeit durchgeführt werden. Zwei Kohleblöclle mit jeweils staubenden Oberflächen wurden in Wasser bzw. in eine Lösung eingetaucht, die 1 1/2 % zu 80 % hydrolysiertes Polyvinylacetat (80 % Hydroxylgruppen, 20 % Acetylgruppen) mit einem Molekulargewicht von etwa 95 000 und 1,75 % Borax enthielt, und dann wurden sie in einen geschlossenen Ex^ikator gegeben, der eine Wasserpfanne enthielt. Nach 4 Tagen fühlte sich der Kohleblock, der in Wasser eingetaucht war, feucht oder klebrig-feucht an. Reiben dieses Kohleblocks mit einem weißen Tuch entfernte jedoch reichliche Staubmengen. Der Kohleblock, der in die sich ausbreitende Lösung nach der Erfindung eingetaucht worden war, besaß einen Über-

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zug aus viskosem, gelartigen"} Material, das nur schwierig durch Reiben mit einem Tuch zu entferrm war, und wenn durch hartes Reiben dieser Überzug entfernt wurde, nahm die Lösung den gesamten Kohlestaub mit sich, so daß ein nachträgliches Reiben eines Teils der Blockoberfläche, von der die Lösung entfernt worden war, im wesentlichen keinen Kohlestaub auf dem Tuch bildete.

Ein dritter Kohleblock wurde in die gleiche sich ausbreitende Lösung eingetaucht und in der Atmosphäre stehengelassen. Nach 27 Stunden waren die wässrigen Komponenten der Lösung im wesentlichen vollständig verdampft. Der Kohleblock war jedoch noch im wesentlichen vollständig mit einem dünnen Film von Polyvinylalkohol und Borax bedeckt, der obwohl trocken, sich nicht abschälte. Bei mildem Reiben der Blockoberfläche löste sich kein Kohlestaub. Wenn die Blockoberfläche heftig gerieben wurde, schälte sich der überzug ab und nahm wesentliche Mengen Kohlestaub mit sich. Ein Reiben der Oberfläche des Blockes, von dem der überzug entfernt worden war, ergab, daß etwas Kohlestaub auf dem Tuch erschien, jedoch wesentlich weniger als wenn Wasser allein als Sprühflüssigkeit verwendet wurde, selbst wenn der mit Wasser besprühte Elock bei etwa 100 % relativer Feuchtigkeit gehalten v/urde. Wenn Wasser allein auf den Kohleblock gesprüht und der Block außerhalb des LxsiBators stehencx— lassen wurde, war die Blockoberfläche in wesentlich woniger als 1 Stunde vollständig trocken, und di/ Stauboborflache

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war im wesentlichen identisch mit der des unbehandelten Blockes.

Beispiel 5

Ein Holzmodell, das einen Bergwerksschacht simulieren sollte, wurde aus Sperrholz gebaut. Das Modell bestand aus einem Z-förmigen Schacht von 6 cm Breite und 6 cm Höhe, wobei die drei Abschnitte des "Z" jeweils 31 cm

3 lang waren. Am äußersten Ende des "Z" wurden etwa 164 cm Kohlestaub von einem Siebstück gehalten. Ein Feuerwerkskörper von 5 χ 0,5 cm wurde in diesen Staubhaufen eingetaucht, und durch eine kleine öffnung in der Wand des simulierten BergwerksSchachtes gezündet. Dabei ging der Feuerwerkskörper los. Die Kraft dar Explosion sprühte den Kohlestaub durch den Abschnitt des"a", in dem der Feuerwerkskörper und der Kohlestaub lagen und durch den Mittelabschnitt des "Z", wobei einige kleine Teilchen des Staubs auch an der Wand des dritten Abschnittes erschienen, der von dem Kohlestaub am weitesten entfernt lag. Der vorgetäuschte Bergwerksschacht wurde dann auseinandergenommen und sauber gerieben. Eine identische Kohlestaubmenge und der gleiche Feuerwerkskörper und das gleiche Haltesieb wurden dann in die gleiche Lage gebracht. Die von dem Kohlestaub wegführenden Schachtwände wurden jedoch mit einer Lösung beschichtet, die 1 1/2 % Polyvinylalkohol, 2 % Borax und 2 % Glycerin enthielt. In diesem Fall ergab die Explosion des Feuerwerkskörpers Kohlestaubablagerungen in dem

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ersten Abschnitt und in etwa einem Drittel des Weges durch den zweiten Abschnitt. Es war absolut kein Kohlestaub in dem dritten Abschnitt des "Z". Dieses Experiment zeigt klar, daß das Beschichten der Wände von Kohlebergwerken mit der sich ausbreitenden Lösung nach der vorliegenden Erfindung vor der Bearbeitung des Schachtes die Menge an Kohlestaub wesentlich vermindert, die in der Bergwerkatmosphäre suspendiert wird und durch die Bergwerksschächte wandert und damit die Arbeiter, die danach in den Bergwerksschacht einfahren müssen, natürlich wesentlich beeinträchtigt.

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Claims

- 27 Patentansprüche

1.) Verfahren zur Entfernung wenigstens eines Teils der Staubteilchen, vorzugsweise mit einem Durchmesser von wenigstens 0,5 t-'ikron, in einem bewegten Gasstrom oder zur Verhinderung von Staubbildung auf einer Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß man den Gasstrom bzw. die Oberfläche mit einer wässrigen, sich ausbreitenden Lösung behandelt, die etwa 0,5 bis 6,0 Gew.-% Alkaliborat und etwa 0,5 bis 6_f0 Gew.-% wasserlöslichen Polyvinylalkohol enthält.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösung verwendet, die als zusätzliche Komponente O,5 bis 10 Gew.-% eines mehrwertigen C„ bis C,_?- Alkohols enthält.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß r>ian die Behandlung des Gasstromes in einem Feuchtgaswäscher, vorzugsweise mit einem solchen mit über- oder durchfluteten Schichten, mit der Lösung in Kontakt brinqt.

4.) Vorfahron nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ran mit der Lösung Kohle oder Rergwei-ksschachtwände u 1 s ' ■ ]· f i '"■ "he behandelt.

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5.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man mechanisch zu bearbeitende Oberflächen nit der Lösung behandelt.

6.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,, daß man die sich ausbreitende Lösung durch Vereinigung einer wässrigen Polyvinylalkohollösuna und einer wässrigen Fietallboratlösung außerhalb der Abgabeeinrichtungen für diese Lösungen bildet.

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