DE2459349C2

DE2459349C2 - Verfahren zum Agglomerieren von feinteiliger Kohle in Schlamm- oder Pulverform

Info

Publication number: DE2459349C2
Application number: DE2459349A
Authority: DE
Inventors: Lawrence James Dr. 2000 Hamburg Austin; Peter Dr. 2100 Hamburg 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: 1986-04-10
Also published as: GB1473269A; CA1074082A; FR2295120A1; JPS5186086A; JPS592527B2; BE836628A; AU8754475A; DE2459349A1; ZA757801B; FR2295120B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Agglomerieren von feinteiliger Kohle in Schlamm- oder Pulverform mittels eines in Wasser dispergierten Mineralölbitumens. Das Verfahren kann auf wasserreiche Kohlenschlämme oder feinkohlehaltige Abwasser der Naßaufbereitung angewandt werden und erleichtert dann die anschließende Wasserabscheidung auf bekannte Weise, z. B. durch Zentrifugieren; es kann ebenso auf eingedickte Schlämme oder trockenen Kohlenstaub angewandt werden.

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 Aufbau 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.

Fs sind mehrere Verfahren bekannt, durch die die Wasserabscheidung aus den Kohleschlämmen erleichtert wird. Beispielsweise werden beim sog. Convertol-Verfahren und bei dem neueren Olifloc-Verfahren Mineralölfraktionen, nämlich leichtes oder schweres Heizöl den Schlämmen beigemischt. Sie wirken gleichzeitig als Flotationsmittel für die Aufbereitung und als Flokkungsmittel für die Entwässerung der Schlämme. Allerdings erfordert die Einarbeitung des Mineralöls besondere Vorrichtungen, und auf die Konsistenz der schließlich erhaltenen Feinkohle wirkt sich der MineraIölzu-> satz nicht spürbar aus. Letzteres gilt auch für das Verfahren der Esso Res. Eng. Co. (Brit. Patentschriften 10 41 547 und 11 23597), bei dem relativ niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe als reine Flotationsmittel verwendet werden. Bei diesem Verfahren wird auch der Zusatz von oberflächenaktiven Flüssigkeiten, wie langkettige Alkohole, empfohlen. Es liegt dann nahe, die Mineralölfraktion von vornherein in dispergierter Form einzusetzen, wie es auch aus dem Verfahren gem. Brit.

Patentschrift 13 51 986 bekannt ist Dieses Verfahren ist allerdings nicht auf Feinkohle, sondern auf die bei der biologischen Abwasserreinigung anfallenden Schlämme abgestellt.

Die vorgenannte GB-PS 13 51 986 ist insbesondere

ίο darauf ausgerichtet, solche biologischen, sehr feinteiligen Schlämme dadurch besser filtrierbar zu machen, daß eine Flockenbildung eingeleitet wird. Zu diesem Zweck setzt man flüssige Mineralölbestandteile, wie flüssige Verschnitte aus einem Bitumen und einem Öl, sogenannte »cutbacks«, auch in Form wäßriger Emulsionen ein. Als Emulgator können kationaktive Aminsalze von u.a. Naphthensäuren eingesetzt werden, während anionische oder nicht-ionische Emulgatorsubstanzen nach der Lehre der Vorveröffentlichung ungeeignet sind. Die betreffenden Emulsionen sollen in Mengen eingesetzt werden, weiche 10 bis 100% an flüssigen Mineralölbestandteilen, bezogen auf das Trockengewicht der festen Schlammstoffe, entsprechen.

Dieses Verfahren beruht auf dem Benetzungsvermögen der flüssigen Mineralölbestandteile, welche die festen Schlammteilchen bevorzugt benetzen und dadurch deren Ausflockung bewirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, das eine nachfolgende Wasserabscheidung, z. E. durch Siebzentrifugen, erleichtert

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die pulverförmige oder schlammförmige Steinkühle bei Raumtemperatur mit einer wäßrigen Bitumen-Suspension, mit mindestens 50 Gewichtsprozent Bitumenanteil, in einer Menge von 5 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf die wasserfreie Steinkohle, vermischt wird, wobei das in der Suspension vorliegende feste Bitumen einen Penetrationswert unter 5 bei 25° C und einen Conradson-Wert über 35 aufweist, und daß als Naphthenat ein Alkalinaphthenat in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf den Bitumenanteil in der Suspension, beigegeben wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß die Wasserabscheidung aus einem wäßrigen Kohleschlamm, z. B. durch Siebzentrifugen, entscheidend erleichtert werden kann. Der Ausflockungseffekt tritt auch bei Hochvakuumbitumen, die bei der Anwendungstemperatur springhart sind, ein, was darauf schlie-Ben läßt, daß nicht die Bitumenteilcheti wie Flüssigkeitströpfchen dank ihrer Grenzflächenspannung die Kohletenchen benetzen, sondern daß die Bindung an die Kohleteilchen und damit die Ausflockung von den auf der Oberfläche der Bitumenteilchen vorhandenen Ladungen bewirkt wird.

Vorteilhaft verwendet man für das erfindungsgemäße Verfahren eine Spezialsuspension, die ein sehr hartes Bitumen, z. B. Erweichungspunkt R+ K 100⁰C oder darüber, enthält. Besonders vorteilhaft ist eine Spezialsuspension, die nicht das übliche sog. straight-run-Bitumen enthält, sondern beispielsweise den Rückstand aus einer thermischen Crackung, durch Hochvakuumdestillation auf die erwähnte Spezifikation gebracht Derartige Crackbitumen sind gekennzeichnet durch einen relativ hohen Conradson-Wert (Conradson Carbon Residue) von 35 oder darüber.

Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die entwässerte Feinkohle

69%	5%
24%	19%
4%	18%
3%	58%

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 15 Gew.-%, bez. auf wasserfreie Kohle, einer Spezialbitumensuspension agglomeriert (B). Die Suspension enthielt ca. 50 Gew.-% eines Bitumens mit einem Penetrationswert/25°C von 1 —2 und einem Conradson-Wert von 40. Die Siebanalysen ergaben folgendes Ergebnis:

unter 0,2 mm
0,2-0,6 mm
0,6-2,0 mm
über 2,0 mm

Weiterhin wurde gefunden, daß die chemische Natur des in der Bitumensuspension enthaltenen Dispergierhilfsmittels eine Rolle spielt Das in wasserreichen Schlämmen gebildete Agglomerat kann in seiner mikroskopischen Struktur von schwammartig bis grobkörnig wechseln.

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 wkd.

Die meisten für Bitumenemulsionen gebräuchlichen Emulgatoren, im wesentlichen aus Alk. nseifen höherer Fettsäuren bestehend, sind in dieser Hinsicht nur mäßig geeignet. Dagegen wurden erfindungsgemäß sehr gute Ergebnisse mit einer Spezialsuspension erhalten, die mit etwa 3 Gew.-%, 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% Unverseifbares, 25% Alkalinaphthenate und 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 einem Steinkohlenschlamm mit 20 Gew.-% Trockensubstanz der Kornzusammensetzung wie oben angegeben (A). Damit verglichen wurde der gleiche Schlamm, agglomeriert mit 15 Gew.-%, bez. auf Trokkensubstanz, einer Spezialbitumensuspension wie oben beschrieben (B); diese Suspension enthielt einen handelsüblichen, im wesentlichen aus Alkaliseifen höherer Fettsäuren bestehenden Emulgator. Im weiteren Vergleich wurde eine entsprechende Suspension verwendet, die mit etwa 3 Gew.-% Alkalinaphthenat in der beschriebenen Weise hergestellt war (C). Es sind die Zeiträume in Sekunden aufgeführt, in denen unter gleichen Bedingungen gleiche Mengen Filtrat durchgelaufen waren.

20 ml Filtrat	34	117	11 see
40 ml Filtrat	56	226	20 sec
60 ml Filtrat	86	—	33 sec

Diese Ergebnisse bestätigen die überlegene Wirkung bei Verwendung der erfindungsgemäßen Suspension C.

ίο Das beschriebene Verfahren kann auf mehr oder weniger wasserreiche Steinkohienschlämme angewendet werden. In jedem Falle genügt es, die erforderliche Menge Bitumensuspension bei Raumtemperatur dem Schlamm zuzusetzen und für kurze Zeit intensiv einzumischen, zweckmäßig in einem Durchlauf-Rührwerk. Ebenso gut kann das Verfahren auf trockenen Kohlenstaub angewendet werden, ebenfalls durch Zusatz der erforderlichen Menge Bitumensuspension bei Raumtemperatur — erhöhte Temperaturen ergeben im allgemeinen schlechtere Ergebnisse — und kurzes, intensives Einmischen, zweckmäßig in einem auf Druchlauf 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 Dispergiermittels einen Einfluß, neben der Konsistenz und Herkunft des Bitumens. Die Alkalinaphthenat-Bitumensuspensionen ergeben unter gleichen Bedingungen ein besseres Granulat, d. h. eines mit gleichmäßigerer Kornverteilung und insbesondere weniger Feinkorn (unter 0,2 mm) und Grobkorn (über 5 mm), wie der folgende Vergleichsversuch zeigt.

Lufttrockener Steinkohlenstaub wurde in einem auf Durchlauf eingerichteten Knetwerk (Baker-Perkins-Knetmischer) mit 10 Gew.-% Bitumensuspension (ca. 50 Gew.-% Bitumen) innig gemischt Die Geschwindigkeit der Knetschnecke wurde auf 105 UpM eingestellt, wobei sich im Trog eine mittlere Verweilzeit von 5 Min. ergab. Die Bitumensuspension wurde im ersten Zehntel der Mischstrecke aufgesprüht — Es wurden c e Siebanalysen des unbehandelten Kohlenstaubes (A) mit denen der getrockneten Granulate verglichen, die einerseits mit einer Spezialbitumensuspension mit einem handelsüblichen Dispergierhilfsmittel (B), wie oben beschrieben, hergestellt waren, andererseits mit einer entsprechenden Suspension, die mit etwa 3 Gew.-% Alkalinaphthenat in der beschriebenen Weise hergestellt war (C). Man erkennt, daß in dem Granulat C das unerwünschte Fein- und Giobkorn weit schwächer vertreteil ist als im Granulat B.

unter 0,2 mm	52%	4%	2%
0,2 - 03 mm	35%	21%	14%
0,5-1,0 mm	10%	43%	38%
1,0-2,0 mm	2%	21%	28%
2,0-3,2 mm	1%	3%	9%
3,2-5,0 mm		3%	6%
über 5,0 mm		5%	3%

Es sei erwähnt, daß die erfindungsgemäß verwendeten Suspensionen, enthaltend ein Bitumen vom Penetrationswert/25°C unter 5 und mit einem Conradson-Wert über 35 sowie ein Alkalinaphthenat, kein Standardprodukt sind, keiner Norm entsprechen und sich auch für die meisten Anwendungszwecke, z. B. im Straßenbau, nicht eignen.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Agglomerieren von feinteiliger Kohle in Schlamm- oder Pulverform mittels eines in Wasser dispergierten Mineralölbitumens, welchem ein Naphthenat als oberflächenaktiver Stoff beigegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmige oder schlammförmige Steinkohle bei Raumtemperatur mit einer wäßrigen Bitumen-Suspension, mit mindestens 50 Gewichtsprozent Bitumenantei], in einer Menge von 5 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf die wasserfreie Steinkohle, vermischt wird, wobei das in der Suspension vorliegende feste Bitumen einen Penetrationswert unter 5 bei 25° C und einen Conradson-Wert über 35 aufweist und daß als Naphthenat ein Alkalinaphthenat in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf den Bitumenanteil in der Suspension, beigegeben wird.