DE2420482C3

DE2420482C3 -

Info

Publication number: DE2420482C3
Application number: DE19742420482
Authority: DE
Inventors: Albert Dr.-Ing. 3392 Clausthal- Zellerfeld Bahr; Hans Dr. 4000 Duesseldorf Luedke
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1974-04-27
Filing date: 1974-04-27
Publication date: 1979-09-20
Also published as: GB1512565A; DE2420482A1; DE2420482B2; CA1053388A

Description

Die Erfindung betrifft eine Begasungseinrichtung für Flotationsanlagen mit einem in einer konditionierte Trübe führenden Leitung angeordneten Bläschenerzeuger, der den Verschluß einer Gaszuleitung bildet.

Die erfindungsgemäße Begasungseinrichtung eignet sich z. B. zum Flotieren von Feststoffen aus Abwässern; insbesondere kommt aber die Abscheidung von Mineralien, darunter vor allem von Kohle aus Trüben in Betracht, weiche außer dem Mineral noch eine Gangart enthalten. Zur Beaufschlagung des Bläschenerzeugers eignen sich inerte Gase, welche die Oberflächen der Feststoffteile nicht verändern, aber auch Luft für den großtechnischen Maßstab.

In der konditionierten Trübe sind Feststoffteilchen mit Hilfe von organischen bzw. anorganischen Reagenzien selektiv hydrophobiert. Die Begasungseinrichtung soll Gasblasen erzeugen, an die sich unter bestimmten Voraussetzungen der auszubringenden Feststoffe anlagern. Es entstehen also Gasblasen-Feststoff-Komplexe in der Trübe, die in Trenngefäßen zum Aufschäumen gebracht werden.

Dieses Prinzip setzt Bedingungen voraus, unter denen sich Feststoffteilchen an Gasblasen infolge von Kontaktkräften anlagern, weiche die Abstoßungskräfte übersteigen, wobei nach der Bildung von Gasblasen-Feststoff-Komplexen das Entstehen von übermäßigen Abreißeffekten vermieden werden muß. Bei der Anlagerung der Feststoffe sind praktisch nur die mechanischen und die hydromechanischen Kräfte, gelegentlich auch elektrische Kräfte technisch beeinflußbar. Die Abreißkrüfte sind weitgehend von den Strömungsvorgängen vor allem in den Trenngefäßen bestimmt.

Hierzu isi es bekannt, in einem unter Überdruck stehenden Tank über perforierte Rohre in die konditionierte Trübe Druckluft einzubringen, so daß in dem nachgeschalteten Trenngefäß unter atmosphärischem Druck die Luft ausperlt (US-PS 21 42 207); die Bildung von Gasblasen und die Anlagerung an die Feststoffe findet somit erst im Trenngefäß statt. Infolgedessen können die Strömungsverhältnisse im Trenngefäß entweder nur für die Bildung der beschriebenen Dreiphasenkomplexe oder nur für die SchaumLildung optimal eingestellt werden. In jedem Fall ergibt sich ein gegenüber dem optimalen Ausbringen an Feststoffen verschlechtertes Ausbringen. Außerdem wird unverhältnismäßig viel Gas benötigt, weil ein überwiegender Teil als Übei schußgas aus der Trübe ausgesondert und abgeführt werden muß.

Auch die eingangs bezeichnete Begasungseinrichtung ist bekannt (DE-AS 12 29 023). Sie befindet sich am unteren Ende einer Säule, und zwar unter dem Zulauf der konditionierten Trübe, wobei über diesem Zulauf der Höhe nach zunächst ein Abzugsrohr für den Schaum und dann ein Waschwasserzulauf angeordnet sind: unter der Begasungseinrichtung befindet sich der Abzug für die Gangart des Minerals. Die Begasungseinrichtung selbst besteht im wesentlichen aus einem winkelförmigen Rohr, dessen axial zur Säule verlaufendes Endstück mit dem Bläschenerzeuger verschlossen ist. Der Bläschenerzeuger hat ein·.·, konische Form und ist mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen. Bedingt durch diese Form verläuft die Begasungsfläche des Bläschenerzeugers winklig zur Hauptströmungsrichtung; außerdem ist die Begasungsflächc kleiner als der Strömungsquerschnitt.

Unter diesen Verhältnissen kommt es verhältnismäßig leicht zum Verstopfen des Bläschenerzeugers, z. B. wenn die Flotation unterbrochen wird und die Feststoffteilchen sedimentieren. Wesentlicher ist jedoch die Tatsache, daß die Anordnung und die Bemessung der Begasungsfläche des Bläschenerzeugers eine ungleichmäßige Verteilung der Bläsche" über den Strömungsquerschnitt verursacht. Dadurch können nicht alle Feststoffteilchen in der Trübe mit Gasbiasen zusammentreffen, und das Mengenausbringen gestaltet sich ungünstig. Es kommt weiter hinzu, daß bei der bekannten Vorrichtung die Gangart im Gegenstrom zum Bläschenejzeuger vorbeigeführt wird und deswegen Turbulenzen erzeugt werden, welche ihrerseits die Anlaugung der Feststoffteilchen an die Gasbiasen erschweren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Blasenbildung und die Bildung der Blase-Feststoff-Komplexe unter optimalen mechanischen und hydromechanischen Verhältnissen durchzuführen und die Schaumbildung unter den hierfür optimalen Bedingungen in der Trübe zu ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Begasungsfläche parallel zur Trübeströmung angeordnet und ein Mehrfaches des Strömungsabschnittes ist.

Mit der erfindungsgemäßen Begasungseinrichtung wird die konditionierte Trübe im Trübestrom und damit in räumlicher Trennung von der Konditionierung und den Trenngefäßen in einer Begasungszone der Begasung unterworfen. In dieser Begasungszone wird durch die Erfindung eine gleichmäßige Verteilung der Gasblasen über den Trübequerschnitt erzielt. Dadurch kann man die Wahrscheinlichkeit, mit der sich Gasblasen an Feststoffteilchen anlagern, über den gesamten Querschnitt der Begasungszone einerseits

durch Einstellung der Porosität des Bläschenerzeugers und andererseits durch die Strömungsverhältnisse im Hinblick auf die besonderen Bedingungen einer gegebenen Trübe optimieren. Ferner kann man die Schaumbildung und den Schaumaustrag in den Trenngefäßen verbessern, weil die Begasung außerhalb der Trenngefäße liegt.

Durch die Erfindung wird eine erhebliche Steigerung des Mengenausbringens erreicht, welche bei Kohle beispielsweise Mengenausträge von 85% und mehr in einer Flotationseinheit erreicht Die räumliche Trennung der Blasenbildung und der Anlagerung des Feststoffes an die Blasen vor der Trennung der Blase-Feststoff-Komplexe von der Trübe hat außerdem den Vorteil einer besseren Ausnutzung des für die Aufbereitung zur Verfügung stehenden Raumes. Von wesentlicher Bedeutung ist ferner die durch die Erfindung ermöglichte Energieeinsparung, weil der Anteil an überschüssigem Gas bzw. Luft sehr stark gesenkt werden kann. Außerdem vermindert sich die Flotationsdauer erhebüch. Die Ausbildung der Begasungszone bietet ferner die Möglichkeit, auch sehr "eine Feststoffe durch Anpassung der Bläschengröße an den Feststoff zu dotieren. Darauf beruht u. a. die Verwendbarkeit der Erfindung für die Flotation von Verunreinigungen aus Abwässern. Schließlich kann die Begasungszone oberhalb der Trübeoberfläche in den Trenngefäßen angeordnet werden. Wird unter diesen Umständen die Flotation abgestellt, so kann keine Sedimentation der Feststoffteilchen auf die poröse Oberfläche des Bläschenerzeugers stattfinden. Auf diese Weise werden Verstopfer vermieden.

Die Einzelheiten, weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigt

F i g. 1 schematisch und unter Fortlassung der meisten für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Einzelheiten eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemä£.:n Verfahrens,

F i g. 2 eine Begasungskammer gemäß der Erfindung,

Fig.3 eine Begasungseinrichtung gemäß der Erfindung und

F i g. 4 in der F i g. 3 entsprechender Darstellung eine abgeänderte Ausführungsform der Begasungseinrichtung.

Eine Feststoffe enthaltende Trübe wird in bei 1 in Fig. 1 dargestellten Konditiopierbehältern mit Rührwerken konditioniert, d. h., es werden der Trübe Chemikalien zugesetzt, weicLe die auszubringenden Feststoffe hydrophobieren. Bei der Flotation von Kohle wird hierzu beispielsweise Pine-Öl benutzt. Die konditioniert Trübe fließt über Leitungen 2 durch Kugelhähne 3 in eine Monopumpe 4. Die Pumpe ist mit einem PJV-Getriebe versehen und drückt die Trübe durch Leitungen 5 und 6. In der Leitung 6 befindet sich ein induktiver Mengenmesser. Die Trübe gelangt dann in die allgemein mit 7 bezeichnete Begasungseinrichtung.

Die Begasungseinrichtung 7 hat eine Gaszuführung 9. ι Diese führt Luft. Die Luft gelangt über einen ölabscheider 19, ein Druckminderventil 20, einen Schwebekörperdurchflußmesser 21 durch einen Kugelhahn 23 in die Gaszuführung 9. Ein Manometer 22 ermöglicht es. den Druck in der Gaszuführung 9 ι abzulesen.

In der Begasungseinrichti i:g 7 werden in noch zu beschreibender Weise Gasblasen geeigneten Durchmessers in der durchfließenden Trübe gebildet. Gleichzeitig kommt es zur Anlagerung des hydrophobierten Feststoffes an diese Gasblasen. Die mit den Gasblasen bzw. den Gasblase-Feststoff-Komplexen beladene Trübe wird von oben nach unten durch eine gebogene Leitung 11 einem Trenngefäß 12 zugeführt Hierbei handelt es sich um eine spitzkastenförmig zulaufende Zelle, in der sich die Schaumbildung vollzieht Auf der Oberfläche 25 der in dem Trenngefäß 12 befindlichen Trübe bildet sich ein fester Schaum, weicher von einem umlaufenden Austragsband 14 in den Überlauf 15 abgestreift wird. Der angereicherte Feststoff kann bei 17 abgezogen werden.

Die durch das Anreichern des Feststoffes bei 15 verarmte Trübe 12 gelangt mit etwaigen nicht hydrophobierten Feststoffteilen durch ein Absperrorgan 13 in einen Ablauf, der bei 18 wiedergegeben ist.

Die Begasungseinrichtung 7 nach F i g. 2 besieht aus einer Begasungskammer 43. Die Zone 47 hat einen rechteckigen Querschnitt von beispielsweise 9 mm Breite und Tiefe und 50 mm Länge. Sie ist mit einem Sieb 44 verschlossen. Luft zur Begasung der T rübe wird der Kammer bei 42 zugeführt. Es können verschiedene Siebe verwendet werden, die sich nach ihren LichdurcL-messern unterscheiden. Siebe mit Lochdurchmessern von 5, 10, 2υ und 40 μ kommen für die Flotation von Fettkohle in Betracht.

In der Begasungszone bilden sich an der durch die Ebene des Siebes gegebenen Begasungsfläche der bei 45 zufließenden Trübe zwei Zonen von unterschiedlicher Breite aus. Die eine Zone 47 enthält ein Gemisch aus Trübe und Gasblasen, während die davoriiegende Zone 46 lediglich die Trübe enthält. Die mit Gasblasen angereicherte Zone 47 ist der Ort der Bildung der Gasblasen-Feststoff-Komplexe. Der Raum, den die Zone 47 einnimmt, wird mit zunehmender Trübe- und abnehmender Gasgeschwindigkeit kleinen Die Höhe des Mischungsstromes bewegt sich zwischen 4, 5 und 8 mm. Die Durchmesser der Sieböffnungen und die Oberflächenspannung des Wassers, in dem die Feststoffe entha''en sind, haben einen vernachlässigbar kleinen Einfluß auf die Ausbildung der Zonen.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Gaszuführungsleitung 9 mit einer Metallfritti. 30 verschlossen. Die Stirnseiten 31 und 33 der N"etallfrit:e sind einerseits durch einen Leitkörper 35, andererseits mit einer Dichtung 32 verschlossen. Die Fritte ist hohlzylindrisch geformt. Sie kann eine Länge von 100 mm und einen Durchmesser von 30 mm aufweisen. Gas strömt nur aus den Poren aus, die sich an der Mantelfläche 36 der Friae öffnen. Da die Ebene der Poren etwa in der Mantelfläche liegt, strömen die Blasstrahlen rechtwinklig zur Richtung 37, welche den Verlauf der Strömung der Trübe angibt. Die Fritte 30 sowie ihre Verschlüsse 32 und 35 sind von einem Hüllrohr 38 umgeben.

Das Hüllrohr 38 weist im Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 zwei Begasungskammern 40 bzw. 41 auf. Bleche entsprechend dem Aiüführungsbeispiel nach Fig. 2 dienen zum Verschluß dieser Kammern; als Verschlüsse können aber auch Fritten verwendet werden. Das Hüllrohr 38 umschließt einen Ringraum 39, in dem sich die Begasungszone ausbildet.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, in dem gleiche Bezugszeichen einander t.ntsprechende Teile bezeichnen, unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 dadurch, daß der Trübestrom im Ringraum 39 nicht wie dort von außen und von innen, sondern

ausschließlich von innen bcgast wird, während im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 die Begasung nur von außen stattfindet.

Die !-'ritten können aus keramischem Material bestehen, besonders geeignet sind jedoch Metallfrittci auf Bron/ebasis. Hinige Kenngrößen solcher für dit Durchführung des crfindungsgemäßen Verfahrens bc der Kohleflotation geeigneter Tritten sind folgende:

lie/eicliminf!	leilchengrol.len-	M.iv l'oietmcite	10	I'oier	0	meiteninterviill	I'orositiit	oil	en
	intcrvall		25		15		geschlossen
	mm	■ t	50	■'	10				2 X
I) 0 45	bis 0,045	W)	20	10	.10 -33	27	30
I? 045 075	0.045 0.075	15()	KMl	15	M 3(>	2 X	31
1)045 -I	O.O45-O.I	50	35 38	31	34
η 12	0.1 0.2	(>(>	3o V)	M)
I) 3 4	(U-0.4	150	34-38

I-'iir die Größe der mit solchen Fritten erzeugten Blasen kann bei der Flotation von Kohle mit Pine-Öl die Oberflächenspannung, die durch den Anteil von Pinc-Öl bestimmt wird, maßgeblich sein. Bei 6,7 cm Vm" lassen sich Blasen in Größen von 0.5 mm bis zu Grenzwerten von 0,2 mm erzeugen. Die Strömungsgeschwindigkeit

Für Mctallfritten ergeben sich etwa folgende Werte:

l'orenweitenintervall (y.) 0-10 15-25

Porosität, offen (%) 25-28 27-30

kann von verhältnismäßig geringem Hinfluß auf die Bläschengröße sein.

Die Bläschengröße ist ihrerseits maßgeblich für die hydrodynamischen Verhältnisse und für die Haftung der Feststoffteilchen an den Bläschen.

10-50
38-31

20-60
31-34

KK) -ISO .10 33

Bei Fritten mit der beschriebenen Länge von 100 mm und einem Außendurchmesser von 30 mm wird zweckmäßig ein Hüllrohr mit einem lichten Durchmesser an der Stelle des Ringraumes von 42 mm verwendet.

Während die Änderungen der Porenweite beim Ausführungsbeispiel bis zu einer Porenweite von 50 μ für das Mengenausbringen an Feststoff in Gewichtsprozenten vernachlässigbar ist, ergibt sich für ein Luft-Trübeverhältnis von 0.6:0,4 ein Rückgang des \y1pr)£TpntiiichriniTAnc hpi 7iinphmpnHpr Prirpnu/Pitp Für die beschriebene Flotation von Fettkohle mit Pine-Öl ergibt sich offenbar ein Optimum von Luftmenge einerseits und Mengenausbringen andererseits, wobei eine etwa lineare Abhängigkeit besteht.

Ie feiner im übrigen die Körnung des suspendierten Feststoffes ist, desto feiner wird auch die Bläschengröße sein.

Was im übrigen die Spaltweite zwischen der Oberfläche der F.itte und dem Füllrohr angeht, so ist bei zweiseitiger Belüftung (F i g. 4) und einer Spaltweite von 8 mm das Ergebnis etwa genau so gut wie bei halber Spaltweite und einseitiger Belüftung. Bei steigender Begasungsmenge wird im Ausführungsbeispiel die Differenz allerdings größer.

Die Begasungseinrichtung sollte im Ergebnis so ausgebildet werden, daß die Trübe quer zur Strömungsrichtung im Strömungsquerschnitt möglichst homogen begast wird. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 liegt die Begasungseinrichtung im übrigen etwas oberhalb des mit 25 bezeichneten Trübespiegels im Trenngefäß 12. Daher muß eine gekrümmte Leitung 11, z.B. ein Schlauch verwendet werden, um die belüftete Trübe in das Trenngefäß 12 einzuführen. Im Schlauch seilte eine möglichst gleichmäßige Blasenverteilung erhalten bleiben, um Koaleszenzen in der turbulenten Strömung zu vermeiden. Überraschenderweise kommt es aber zu derartigen Koaleszenzen in dem gekrümmten Schlauch fast nicht.

Im eigentlichen Trenngefäß 12 ergibt eine weitge hend ruhige Strömung, die ihrerseits zu einer schneller und vollständigen Trennung der beladenen Luftbläscher von der Trübe und der in ihr enthaltenen, niehl hydrophobieren Feststoffe führt.

Die Gefahr der Verstopfung der Poren in dei Begasungseinrichtung wird dadurch vermieden, daß sich die Begasungseinrichtung oberhalb des Niveaus 25 hpfinrlpt ιιηΗ Hip r^occlrohjpn rp^httuinl^lict -7itp ^ίι-Λ.

mungsrichtung der Trübe austreten.

Im Betrieb wird die Trübe in den Behältern I konditioniert. Nach Einstellen der jeweiligen Trübe unc Luftmenge auf die flotierende Trübe wird die Geschwin d!^t7ke!t des umlaufenden Schsumaustra^sbandes 14 se eingestellt, daß sich eine Schaumzone bestimmter Höh« oberhalb der Trübe ausbildet. Die Höhe des Trübespie gels 25 im Trenngefäß 12 wird durch die Einstellung de; Überlaufes 50 reguliert.

Trübemenge, Luftmenge und Feststoffmenge sind irr Ausfü'nrungsbeispiei durch das Volumen des Trenngefä ßes 12 begrenzt. Verwendet man ein Gefäß 12 mit einerr Inhalt von 27 Liter, so lassen sich bis zu 1100 cm³ Trüb« pro see durchsetzen. Steigert man diese Menge, so trit eine zunehmende Wirbeibildung an der Oberfläche de: Trenngefäßes 12 auf, die zu einer Zerstörung dei Gasblasen-Feststoff-Komplexe führt. Große Schaum mengen, die bei großen Luft-Feststoff- oder Triibemen gen auftreten, lassen die Verweilzeit im Trenngefäß Y. u. U. zu kurz werden.

Eine Erhöhung der Bandgeschwindigkeit über eir optimales Maß hinaus führt dazu, daß durch die auf derr Band angeordneten Paddel der Schaum zerschlagen unc damit eine geringere Feststoffmenge ausgetragen wird Geringe Schaummengen und damit zu lange Verweil zeiten des Schaumes im Trenngefäß führen dazu, daC der Blase-Feststoff-Komplex z. T. wieder zerfällt.

Hier/u I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Begasungseinrichtung TDr Flotationsanlagen mit einem in einer konditionierte Trübe führenden Leitung angeordneten Bläschenerzeuger, der den Verschluß einer Gaszuleitung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die BegasungsFläche parallel zur Trübeströmung angeordnet und ein Mehrfaches des Strömungsquerschnitts ist

2. Begasungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Hüllrohr (38), das den Verschluß unter Bildung eines Ringraumes (39) umgibt.

3. Begasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an das Hüllrohr eine diese umgebende Begasungskammer (4 bzw. 41) angeschlossen ist, deren Verschlüsse an der Außenseite des das Hüllrohr durchfließenden Trübestromes au^ordnet sind.

Ί. Begasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Anordnung des Verschlusses (44) an einer oder beiden Seiten des Trübestromes.

5. Begasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß an seinen Stirnseiten Abdichtungen (32, 35) aufweist, von denen die eine ein Ende der Gaszuleitung (9) aufnimmt und die andere als Leitkörper für den Trübestrom ausgebildet ist.