DE2459349A1

DE2459349A1 - Verfahren zum agglomerieren von feinkohle

Info

Publication number: DE2459349A1
Application number: DE19742459349
Authority: DE
Inventors: Lawrence James Dr Austin; Peter Dr Misbach
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1974-12-16
Filing date: 1974-12-16
Publication date: 1976-06-24
Also published as: ZA757801B; CA1074082A; JPS592527B2; BE836628A; FR2295120B1; GB1473269A; AU8754475A; DE2459349C2; JPS5186086A; FR2295120A1

Description

SHELL IKTER1-7ATIOKALE RESEARCH MAATSCiIAPPIJ 3.7.

Den Haag, Niederlande

"Verfahren zum Agglomerieren von Feinkohle"

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Agglomerieren von Steinkohle in Schlamm- oder'Pulverform mittels eines in Wasser dispergierten MineralSlproduktes. Das Verfahren kann auf wasserreiche Kohlenschlämme oder feinkohlehaltige Abwässer der Nassaufbereitung angewandt werden und erleichtert dann die anschliessende Wasserabscheidung auf bekannte Weise, z.B. durch Zentrifugieren; ee kann ebenso auf eingedickte Schlämme oder trockenen Kohlenstaub angewandt werden. In jedem Fall liefert es ein körniges, nicht staubendes Produkt. Das Verfahren besteht darin, dasB man der Peinkohle einen untergeordneten Anteil, etwa 5 bis 15 Gew.^, bez. auf wasserfreie Kohle, einer Bitumenemulsion zusetzt und intensiv einmischt. Vorteilhaft ist eine Bitumenemulsion, die ein Mineralülbitumen mit einem Penetrationswert/25 unter 5 und/oder einem Conradson-Wert über

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35 enthält. In der bevorzugten Ausfübrungsform des Verfahrens verwendet man eine Bitumenemulsion, die als Emulgator einen untergeordneten Anteil, etwa 1 bis 10 Gew.5^, bez. auf den Anteil Mineralölbiturnen, Alkaliiiaphthenat enthält.

Die Rückgewinnung und Verwertung des Feinstkornanteils, der bei der Förderung und Aufbereitung der Steinkohle anfällt, stellt für den Bergbau seit jeher ein Problem dar· Mit der .zunehmenden Mechanisierung beim Abbau und Transport wächst der Feinstkornanfall, verschärft sich also dieses Problem· Die Abläufe der Naßaufbereitung führen viel Kohlenstaub mit und müssen in Absetzbecken und/oder Zentrifugen gereinigt werden* Die erhaltenen Schlämme werden z.T. noch aufbereitet, jedenfalls mittels Zentrifugen oder Vakuumfiltern entwässert und liefern doch nur eine staubförmige, minderwertige und begrenzt verwendbare Kohle. Von dem mehr oder weniger trockenen Kohlenstaub, der daneben in größeren Mengen anfällt, gilt das gleiche·

Es sind mehrere Verfahren bekannt, durch die die Wasserabscheidung aus den Kohlθschlämmen erleichtert wird« Beispielsweise werden beim sog· Convertο1-Verfahren und bei dem neueren Olifloc-Verfahren Mineralölfraktionen, nämlich leichtes oder schweres Heizöl den Schlämmen beigemischt. Sie wirken gleichzeitig als,Flotationsmittel für die Aufbe-

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reitung und als Flockungsmittel für die Entwässerung der Schlämme· Allerdings erfordert die Einarbeitung des Mineralöls besondere Vorrichtungen, und auf die Konsistenz der schließlich erhaltenen Foinkohle wirkt sich der Mineralölzusatz nicht spürbar aus. Letzteres gilt auch für das Verfahren der Esso Res. Eng. Co. (Brit. Patentschriften 1.041.547 und 1.123.597), bei dem relativ niedrig siedende Kohlenwasserstoffe als reine Flotationsmittel verwendet werden.-Bei diesem Verfahren wird, auch der Zusatz von oberflächenaktiven Flüssigkeiten, wie langkettige Alkohole, vorgeschlagen. Es liegt dann nahe, die Mineralölfraktion von vornherein in dispergierter Form einzusetzen, wie es auch aus dem Verfahren gem.'BrIt. Patentschrift 1.351*986 bekannt ist. Dieses Verfahren ist allerdings nicht auf Feinkohle, sondern auf die bei der biologischen Abwasserreinigung anfallenden Schlämme abgestellt.

Während diese bekannten Verfahren von Flüssigkeiten ausgehen, die mit Wasser nicht mischbar sind ur.'d die Kohleteilchen bevorzugt benetzen, wurde nun gefunden, daß man den entsprechenden Ausflockungseffekt auch mit festem Bitumen erzielen kann. Eine Zumischung von etwa 5 bis 15 Gew.^i bez. auf wasserfreie Kohle, Bitumenemulsion zu den feinkohlehaltigen Abwässern oder Schlämmen bewirkt eine ausreichende Ausflockung,durch die die anschließende Wasserabscheidung,

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ζ.B, durch Siebzentrifugen, entscheidend erleichtert werden kann. Überraschenderweise ist dieser Ausflockungseffekt

praktisch unabhängig von der Konsistenz des in der Emulsion enthaltenen Bitumens· Er tritt bei Hochvakuumbitumen, die bei der Anwendungstemperatur springhart sind, ebenso ein wie bei den mittelharten bis weichen Bitumen, die in der Emulsionstechnik gebräuchlich sind« Da andererseits der in der Bitumenemulsion enthaltene Emulgator von großem Einfluß 8ein kann, wie weiter unten ausgeführt, so kann man annehmen, daß nicht die Bitumenteilchen der Emulsion wie Flüssigkeitströpfchen dank ihrer Grenzflächenspannung die Kohleteilchen benetzen, sondern daß die Bindung an die Kohleteilchen und damit die Ausflockung von den auf der Oberfläche der Bitumenteilchen vorhandenen Ladungen bewirkt wird.

Als Bitumenemulsion kann ein handelsübliches Produkt eingesetzt werden, wie es z.B. für den Straßenbau Verwendung findet. Diese Emulsionen enthalten etwa 55 Gew.$ Mineralöl- · bitumen mit einem Erweichungspunkt R+K von etwa 35 °is $0 C, entsprechend einem Penetrationswert/25° zwischen 220 und 70, dispergiert in Wasser, das eine untergeordnete Menge eines Emulgators, wie der Alkaliseife einer höheren Fettsäure, enthält. Vorteilhaft verwendet man für das erfindungsgemäße Verfahren aber eine Spezialemulsion, die ein sehr

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viel härteres Bitumen, Erweichungspunkt R+K 10O⁰C oder darüber und Penetrationswert/25⁰ unter 5, enthält. Besonders vorteilhaft ist eine Spezialemulsion, die nicht das übliche sog. straight-run-Biturnen enthält, sondern beispielsweise den Rückstand aus einer thermischen Crackung, durch Hochvakuumdestillation auf die erwähnte Spezifikation gebrachte Derartige Grackbiturnen sind gekennzeichnet durch einen relativ hohen Conradson—Wert (Conradson Carbon Residue) von 35 oder darüber.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die entwässerte Peinkohle nachhaltig agglomeriert oder granuliert und damit vielseitiger und besser verwendbar ist als der üblicherweise anfallende Kohlenstaub. Beispielsweise wurde das Flotationskonzentrat aus einer Steinkohlen-Naßaufbereitung einerseits wie üblich über Vakuumfilter entwässert (a), andererseits vor der Entwässerung durch Zusatz von I5 Gew_o#, bez. auf wasserfreie Kohle, einer Spezialbitumenemulsion agglomeriert (b). Die Emulsion enthielt ca. 50 Gew.# eines Bitumens mit Penetrationswert/25⁰ 1-2 und Conradson-Wert ko. Die Siebanalysen ergaben folgendes! AT,

unter	0	.2	mm	69 $>	5	*
0.2 -	0	.6	mm	2k %	19
0.6 -	2	.0	mm	k $>	18
Über	2	.0	nun	3 $>	58	*

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Weiter wurde gefunden, daß die chemische Natur· des in der Bitumenemulsion enthaltenen Emulgators bei dem Verfahren eine Rolle spielt. Namentlich das in wasserreichen Schlämmen gebildete Agglomerat kann in seiner mikroskopischen Struktur von schwararaartig bis grobkörnig wechseln. Diese Ausbildung wird in gewissem Maße von der Art des verwendeten Bitumens, sehr stark aber von dem Emulgator beeinflußt. Eine körnige Mikrostruktur bedeutet ein besseres Absetzen des agglomerierten Steinkohlenschlammes, ein schnelleres und vollständigeres Entwässern auf der Zentrifuge und besonders eine starke Erhöhung der Filtriergeschwindigkeit, falls der Schlamm über Vakuumfilter entwässert wird.

Die meisten für Bitumenemulsionen gebräuchlichen Emulgatoren, im Wesentlichen aus Alkaliseifen höherer Fettsäuren bestehend, sind in dieser Hinsicht nur mäßig geeignet« Dagegen wurden sehr gute Ergebnisse mit einer Spezialemulsion erhalten, die mit etwa 3 Gew.jS, bez. auf den Bitumenanteil, Alkalinaphthenat hergestellt war. Es handelt sich dabei um die Salze der höhermolekularen Naphthensäuren, die im Siedebereich etwa den Schmierölfraktionen entsprechen. Gewöhnlich werden diese Säuren bei der Vakuumdestillation naphthenischer Mineralöle in der Kolonne mit Natron- oder Kalilauge neutralisiert und als Seitenfraktion abgezogen. Das Rohprodukt enthält beispielsweise etwa 50 $

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Unverseifbares, 25 # Alkalinaphthenate mid 25 # Wasser und überschüssiges Alkali* Zweckmäßig wird das Naphthenat im Rohzustand verwendet, indem man es mit der berechneten Menge Wasser dispergiert und in diese Dispersion, ohne weitere Zusätze, die berechnete Menge Bitumen in bekannter Weise einarbeitet«

Beispielsweise wurden Filtrierversuche vorgenommen mit ei-.nem Steinkohlenschlamm mit 20 Gew.^ Trockensubstanz der Kornzusammensetzung wie oben angegeben (A)*.Damit verglichen wurde der gleiche Schlamm, agglomeriert mit 15 Gew.^, bez. auf Trockensubstanz, einer Spezialbitumenemulsion wie oben beschrieben (b); diese Emulsion enthielt einen handelsüblichen, im Wesentlichen aus Alkaliseifen höherer Fettsäuren bestehenden Emulgator. Im weiteren Vergleich wurde eine entsprechende Emulsion verwendet, die mit etwa 3 Gew.^ Alkalinaphthenat im der beschriebenen Weise hergestellt war (c). Es sind die Zeiträume in Sekunden aufgeführt, in denen unter gleichen Bedingungen gleiche Mengen FiItrat durchgelaufen waren*

ABC

20	ml	Filtrat	34	117	11	sec
ko	ml	η	56	226	20	Il
60	ml	η	86		33	Il

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Das beschriebene Verfahren kann auf mehr oder weniger wasserreiche Steinkohlenschlämme angewendet werden· In jedem Falle genügt es, die erforderliche Menge Bitumenemulsion bei Raumtemperatur dem Schlamm zuzusetzen und für kurze Zelt intensiv einzumischen, zweckmäßig in einem Durchlauf-Rührwerk. Ebenso gut kann das Verfahren auf trockenen Kohlenstaub angewendet werden, ebenfalls durch Zusatz der erforderlichen Menge Bitumenemulsion bei Raumtemperatur - erhöhte Temperaturen ergeben im allgemeinen schlechtere Ergebnisse - und kurzes, intensives Einmischen, zweckmäßig in einem auf Durchlauf eingerichteten Schneckenknetwerk. Man erhält dabei ein Granulat, das dem oben beschriebenen, in der wässrigen Phase gebildeten völlig vergleichbar ist«, Auch beim trockenen Verfahren hat die chemische Natur des Emulgators einen Einfluß, neben der Konsistenz und Herkunft des emulgierten Bitumens· Die bevorzugten Alkalinaphthenat-Emulsionen ergeben unter gleichen Bedingungen ein besseres Granulat, d.h. einos mit gleichmäßigerer Kornverteilung und insbesondere weniger Feinkorn (unter 0.2 mm) und Grobkorn (über 5 mm), wie der folgende Vergleichsversuoh zeigt.

Lufttrockener Steinkohlenstaub wurde in einem auf Durchlauf eingerichteten Knetwerk (Baker-Perkins-Knetmischer) mit 10 Gew,# Bitumenemulsion (ca. 50 Gew,# Bitumen) innig gemischt. Die Geschwindigkeit der Knetschnecke wurde auf

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105 UpM eingestellt, wobei eich, im Trog eine mittlere Verweilzeit von 5 Min* ergab. Die Bitumenemulsion wurde im ersten Zehntel der Mischstrecke aufgesprüht··* Es wurden die Siebanalysen des unbehandelten Kohlenstaubes (a) mit denen der getrockneten Granulate verglichen, die einerseits mit einer Spezialbituraenemulsion, t;ie oben beschrieben, mit einem handelsüblichen Emulgator (β) hergestellt waren, andererseits mit einer entsprechenden Emulsion, die mit jatwa 3 Gew.$ Alkalinaphthenat in der beschriebenen Weise hergestellt war (c). Man erkennt, daß in dem Granulat C das unerwünschte Fein- und Grobkorn weit schwächer vertreten ist als im Granulat B,

unter	0.2	mm	52 #	4 #	2 %
0.2 -	0.5	nun	35 #	21 $>	14 #
0.5 -	1.0	mm	10 #	43 $>	38 %
1.0 -	2.0	mm	2 #	21 #	28 ^
2.0 -	3.2	nun	1 $>
3.2 -	5.0	mm	mm	3 #
über	5.0	mm		*ti cL* *2 70*	3 ^

Es sei erwähnt, daß die bevorzugte Spezialemulsion, enthaltend ein Bitumen vom Penetrationswert/25⁰C unter 5 und Conradson-Wert über 35, sowie Alkalinaphthenat als Eraulga-

-IQ-

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tor, kein Standardprodukt ist, keiner Norm entspricht und sich auch für die meisten Anwendungszwecke, z.B. im Straßenbau, nicht eignet«

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1· Verfahren zum Agglomerieren von Steinkohle in Schlamm- oder Pulverform mittels eines in Wasser dispergierten Mineralölproduktes, dadurch gekennzeichnet, daß man der Feinkohle 5 bis 15 Gew.^, hetz, auf wasserfreie Kohle, einer Bitumenemulsion zusetzt«

2« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitumenemulsion ein Mineralölbitumen mit einem Penetrationswert/25 unter 5 enthält»

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitumenemulsion ein Mineralölbitumen mit einem Conradson-Wert über 35 enthält«

k · Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitumenemulsion 1 bis 10 Gew.^, bez. auf den Anteil Mineralölbitumen, Alkalinaphthenat enthält.

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