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Verfahren nd Vorrichtung zum Trennen
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von Stoffen durch Flotation Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Trennung von Stoffen unterschiedlicher Beschaffenheit, welches mittels Flotationsreagenzien
und Gasen im Zentrifugalkraftfeld eines behälters durchgeführt wird. Die Erfindung
bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Es ist aus Aubereitungs-Technik (Nr 3/197?, Seite 158) bekannt, einem
aufrecht angeordneten, zylindrisch konischen Flotationsbehälter Luft zusammen mit
der, die flotativ zu trennenden Stoffe enthaltenden Trübe tangential zuzuführen.
Auf diese Weise wird im Behälter eine Rotationsströmung erzeugt. Dabei wird das
aufschwimmende Reaktionsprodukt durch Überlauf im oberen Bereich des 3ehälters abgezogen,
während der Flotationsrückstand in dessen unterem Bereich zentral ausgetragen wird.
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Der Prozeß des Zusammenbringens der Luftblasen mit den abzutrennenden
Teilchen der Trübe findet teils vor dem Behälter teils im Behälter statt, nämlich
während der Ausbildung der Rotationsströmung bzw. des Abbremsens dieser Strömung
durch zu diesem Zweck eingebaute Siebplatten.
Diese Siebplatten
befinden sich im unteren Bereich sowohl des Flotationsbehälters als auch eines in
diesen hineinragenden, unten und oben offenen Tauchrohres, innerhalb welchem die
beladenen Luftblasen aufsteigen. Die Wirkungen der Rotationsströmung sind im Inneren
des Tauchrohres aufgrund der Abbremsung der Ratationsströmung weitgehena abgeklungen,
so daß die Luftblasen in einer beruhigten Zone aufsteigen.
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Eine beladene Luftblase unterliegt jedoch durch die Erzeugung und
das Abbremsen der Rotationsströmung einer mehrfachen Umlenkung bzw. Prallwirkung,
die in vielen Fällen den Zusammenhalt des Systems Teilchen - Luftblase zerstört.
Im Tauchrohr liegen für ein Zusammentreffen der Luftblasen mit den zu selektierenden
Teilchen ungünstige Bedingungen vor, da deren jeweilige Bewegungsbahnen völlig dem
Zufall überlassen sind.
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Ferner dient die Luft bei diesem Flotationsbehälter gleichzeitig zur
Förderung der Trübe, so daß eine Veränderung der eingestellten Luftmenge im allgemeinen
auch eine Veränderung der geförderten Trübemenge bedeutet. Diese pneumatische Förderung
wirkt sich nachteilig aus, wenn es auf ein Einbringen
feinster Luftblasen
ankommt, z. B. bei sehr kleinen zu selektierenden Teilchen.
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Diese verfahrenstechnische und konstruktive Konzeption des Behälters
weist Mängel auf, welche die Führung der Luftblasen und der Trübe betreffen und
sowohl für den Aufbau als auch für den Zusammenhalt des Systems Teilchen - Luftblase
nachteilige Folgen haben. Die Selektivität und damit die Wirtschaftlichkeit dieses
Flotationsbehälters kann somit nicht als optimal angesehen werden.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur flotativen Trennung von Stoffen in einem Zentrifugalkraft feld zu konzipieren,
welche optimale Bedingungen für ein Zusammenbringen der Luftblasen mit den zu selektierenden
Teilchen und für den Zusammenhalt des Systems Teilchen - Luftblase auch bei kleinsten
Teilchen in wirtschaftlicher Weise gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gase zusammen
mit einer Flüssigkeit dem Behälter mit hoher Geschwindigkeit vorzugsweise radial
zugeführt werden. Die
voneinander unabhängige Zuführung der flotativ
zu trennenden Stoffe und der zur Flotation erforderlichen Gaseg in den meisten Fällen
Luft, bedingt deren voneinander unabhängige mengenmäßige Regulierbarkeit. Auf diese
Weise ergibt sich eine optimale Anpassungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens
an unterschiedliche stoffspezifische oder auch prozeßtechnische Bedingungen. Die
Luft wird zusammen mit einer Flüssigkeit als Gemisch mit hoher Geschwindigkeit in
den Behälter eingebracht, so daß sich aus diesem Gemisch unmittelbar nach erfolgtem
Eintritt in den Behälter eine Dispersion feinster Luftblasen bildet. Es entsteht
auf diese Weise ein Schleier von Luftblasen solcher Größe, welcher auch eine Abscheidung
sehr kleiner Teilchen ermöglicht. Bei dieser Art der Luftblasen-Erzeugung werden
nicht kleinste Ausströmquerschnitte beispielsweise von porösen Körpern angewendet,
welche mit hohem Druckverlusten behaftet sind, sondern lediglich Energieumwandlungseffekte
in Zusammenhang mit dem Druckabbau eines Gas-Flüssigkeits-Gemisches ausgenutzt.
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Letztere Art der Luftblasenerzeugung kann mit einem verhältnismäßig
geringen Energieaufwand durchgeführt werden.
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Die Verwendung einer Flüssigkeit als Fördermedium für die
Luftblasen,
welches ebenfalls mit hoher Geschwindigkeit in den Behälter eintritt, ermöglicht
es schließlich, aufgrund der hohen kinetischen Energie des vorzugsweise radial in
den Behälter eintretenden Gemisches die fein zerteilten Luftblasen in einem großen
Bereich zu verteilen, in welchem der Prozeß des Zusammenbringens der Luftblasen
mit den zu selektierenden Teilchen durchgeführt wird. Dabei bewegen sich diese Teilchen
und die Luftblasen auf definierten, im wesentlichen zueinander senkrechten Bahnkurven,
so daß optimale Bedingungen für deren Zusammentreffen gegeben sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden,
in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Fig.
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur flotativen Trennung von Stoffen im Schnitt,
Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II - II der Fig. 1 Fig. 3 eine Darstellung
eines erfindungsgemäßen Zuführungsorganes für Flüssigkeit und Gas im Schnitt
Fig.
4 einen Schnitt gemäß der Linie IV - IV der Figur 3 Fig. 5 einen Schnitt gemäß der
Linie V - V der Figur 4.
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Figur 1 zeigt einen zylindrischen Behälter 1 mit einem tangentialen
Zulauf 2 für die flotativ zu trennenden Stoffe, der im unteren Bereich des Behälters
1 angeordnet ist. Ein zentrales, sich axial erstreckendes Austragsrohr 3 ragt von
unten bis in den oberen Bereich des Behälters 1 und dient dem Austrag des Flotationsrückstandes.
Der Offnungsquerschnitt des oben offenen Austragsrohres 3 wird durch einen Schwimmkörper
4 reguliert, der je nach dem Niveau der flotativ zu behandelnden Stoffe einen mehr
oder weniger großen Querschnitt des Austragsrohres 3 freigibt. Der obere Rand des
Behälters 1 ist von einer Überlaufrinne 5 umgeben, an welcher ein Abflußrohr 6 angeschlossen
ist, welches seinerseits mit einem Absperrorgan 7 ausgerüstet ist. Das Abflußrohr
6 dient dem Abführen der schaumartigen Reaktionsprodukte des Flotationsprozesses.
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Aufgrund der tangentialen Zuführung der flotativ zu trennenden Stoffe
in den zylindrischen Behälter 1 bildet sich in
diesem eine Rotationsströmung
aus, wie durch die Trombe 12 im Bereich der gestrichelt dargestellten freien Oberfläche
12' der im Behälter strömenden Stoffe angedeutet ist. Dabei werden die Flotationsreagenzien
den zu trennenden Stoffen in an sich bekannter Weise vor Eintritt in den Behälter
1 zugegeben. Die Rotationsströmung bewirkt, daß die aufschwimmenden schaumartigen
Produkte an den Behälterrand, bzw.
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über diesen hinaus in die überlaufrinne 5 gefördert werden, deren
äußerer Rand den Rand des Behälters 1 überragt.
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Oberhalb des offenen, oberen Endes des Behälters 1 befindet sich ein
Flügelrad 8, daß an der Stelle 9 gelagert ist und über ein Getriebe 10 und einem
Motor 11 in Verbindung steht.
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Das Flügelrad 8 dient der Unterstützung des Austragens der aufschwimmenden,
schaumartigen Reaktionsprodukte. Es kann jedoch auch ein feststehendes Flügelrad
sehr vorteilhaft zur Anwendung kommen, wobei durch entsprechend profilierte Flügel
eine Ablenkung der aufschwimmenden Produkte in Richtung auf die Überlaufrinne 5
hin erfolgt.
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In der Wandung des Behälters 1 befindet sich ein Zuführungsorgan 13
für Luft und Wasser, wobei dieses Zuführungsorgan 13
etwa in gleicher
Höhe wie der Zulauf 2 für die zu behandelnden Stoffe angeordnet ist. In diesem Zuführungsorgan
13 wird ein Gemisch der diesem unter Druck zugeführten Stoffe Luft und Wasser gebildet.
Das Zuführungsorgan 13 ist für diesen Zweck mit Zuleitungen 14 für Luft und 15 für
Wasser versehen.
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Dabei kann über Regelorgane 16 (Luft) und 17 (Wasser) sowohl die Menge
an eingespritztem Gemisch als auch das Massenverhältnis des Wassers zur Luft im
Gemisch geregelt werden.
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Beide Leitungen 14 und 15 stehen gegebenenfalls über an sich bekannte,
zeichnerisch jedoch nicht dargestellte Druckerhöhungsorgane mit entsprechenden Reservoirs
für Wasser und Luft in Verbindung.
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Das mit hoher Geschwindigkeit den spalt artigen Ausströmquerschnitt
3> (Fig. 3, 4, 5) des Zuführungsorgans 13 verlassende Gemisch wird als eine Dispersion
feinster Luftblasen innerhalb der im Behälter 1 strömenden, flotativ zu behandelnden
Stoffe und deren Trägerflüssigkeit sehr fein verteilt. Aufgrund der hohen kinetischen
Energie des austretenden Gemisches reicht dessen Wirkung weit in den Behälter 1
hinein, so daß einem verhältnismäßig großem Bereich eine intensive Durchmischung
mit feinsten Luftblasen zuteil wird.
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Der für den Flotationsprozeß grundlegende Verfahrensschritt des Zusammenbringens
der Luftblasen mit den zu trennenden Stoffen wird somit optimal vollzogen, wobei
außerdem aufgrund der sehr kleinen Luftblasen auch feinste Teilchen erfaßt werden,
so daß sich eine hohe Selektivität ergibt. Das System Teilchen - Luftblase unterliegt
im Behälter bis zum Aufschwimmen keinen scharfen Umlenkungen, Prallwirkungen oder
sonstigen mechanischen Beanspruchungen, so daß auch günstige Bedingungen für dessen
Zusammenhalt gegeben sind.
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Figur 2 zeigt gemäß Schritt II - II ein Ausführungsbeispiel mit vier
Zuführungsorganen 13', welche am Umfang des Behälters 1 auf gleicher Höhe mit dem
Zulauf 2 für die zu behandelnden Stoffe angeordnet sind. Die Zuführungsorgane 13'
sind wie bei dem in Figur 1 vorgestellten Ausführungsbeispiel mit Zuleitung-+4'
und 15' für Wasser und Luft ausgerüstet. Ein in Richtung des Pfeiles 18 in den Behälter
1 eintretendes Volumenelement der zu behandelnden Stoffe, bewegt sich auf einer
zunächst kreisförmigen Bahn gemaß den Pfeilen 19 und wird, wie durch die Pfeile
20 angedeutet, bereits unmittelbar nach erfolgtem Eintritt beginnend, quer zu seiner
Bewegungsrichtung von dem über die Zuführungsorgane
13' eingeführten
Gemisch durchströmt. Die Anordnung der Zuführungsorgane 13 im unteren Bereich auf
ungefähr gleicher Höhe bringt den Vorteil mit sich, daß der gesamte Inhalt des Behälters
1 von unten ausgehend, einer gleichmäßigen, intensiven Belüftung unterzogen wird,
wobei aufgrund der hohen kinetischen Energie des aus den Zuführungsorganen austretenden
Gemisches gleichzeitig der Bildung von Bodenablagerungen entgegengewirkt wird.
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Figuren 3 - 5 zeigen eine bevorzugte Ausgestaltung der Zu-13,131 führungsorgane
in den oben aufgeführten Schnitten. Das Zuführungsorgan steht aus einem zylindrischen
Grundkörper 21, dessen Mantelfläche einander gegenüberliegende Seitenausnehmungen
22 und 23 aufweist. Der Grundkörper 21 ist mit der Wandung des Behälters 1 lösbar,
beispielsweise durch Verschraubung verbunden. Die beiden Ausnehmungen 22 und 23
sind durch konturenmäßig derMantelfläche des Grundkörpers 21 nachgebildete und an
diesem in geeigneter Weise befestigte Platten 24 und 25 dicht abgeschlossen. Diese
Platten 24 und 25 erstrecken sich über den größten Teil der axialen Länge des Grundkörpers
21 und bilden jeweils eine Wandung von sich achsparallel zum Grundkörper 21 erstreckenden
Leitungskanälen 26 und 27,
welche in dem einen Endbereich ihrerseits
über radiale Bohrungen 28 und 29 mit einer zentralen, axialen Bohrung 30 in Verbindung
stehen. Die zentrale Bohrung 30 endet auf der Außenseite des Behälters 1 in einem
Rohrstutzen 31, während sie den Grundkörper 21 nur bis in dem Bereich der radialen
Bohrungen 28 und 29 durchdringt. Die beiden Leitungskanäle 26 und 27 münden an ihrem
der Innenseite des Behälters 1 zugekehrten Ende in einen Hohlzylinder 32 ein, welcher
in eine entsprechende Bohrung 33 des Grundkörpers 21 eingesetzt ist. Die Bohrung
33 steht an ihrem Umfang über eine öffnung 34 im Grundkörper 21 mit dem Innenraum
des Behälters 1 in Verbindung.
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Der Hohlzylinder 32 weist eine, in seiner Längsrichtung verlaufende
spaltartige Ausströmöffnung 35 auf, wobei der Hohlzylinder 32 in der Bohrung 33
derart angeordnet ist, daß diese Ausströmöffnung 35 in die öffnung 34 des Grundkörpers
21 übergeht. Der Hohlzylinder 32 kann vorteilhaft als Spannhülse ausgebildet sein,
welche leicht auswechselbar ist und sich selbst fixiert.
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Der Grundkörper 21 weist ferner mit Abstand zur zentralen
Bohrung
30, jedoch symmetrisch zu dieser zwei weitere Bohrungen 36 und 37 auf, welche an
der, der Außenseite des Behälters 1 zugekehrten Seite in Rohrstutzen 38 und 39 enden.
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Parallel zum Hohlzylinder 32 bis in den Bereich der Leitungskanäle
26 und 27, jedoch mit diesen kommunizierend, erstrecken sich beidseitig zu diesem
jeweils Kammern 40 und 41, welche mit den Bohrungen 36 und 37 einerseits und über
eine Reihe von oeffnungen 42 und 43 in der Wandung des Hohlzylinders 32 mit dessen
Innerem in Verbindung stehen.
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Die Bohrungen 36 und 37 dienen der Zuführung von Luft, während über
die Bohrung 30 Wasser eingeführt wird. Das in dem Hohlzylinder 32 gebildete Gemisch
aus Wasser und Luft steht mit Bezug auf das Innere des Behälters 1 unter Überdruck
und strömt demzufolge über die spaltartige Ausströmöffnung 35, bzw. die öffnung
34 mit hoher Geschwindigkeit aus, wobei die im Gemisch enthaltene Luft unmittelbar
nach erfolgtem Eintritt in den Behälter 1 in der Form einer Dispersion kleinster
Luftblasen anfällt. Das Gemisch muß zu diesem Zweck im Ausströmungsquerschnitt 35
eine Mindestgeschwindigkeit aufweisen, die in der Größenordnung der Schallgeschwindigkeit
des Gemisches liegt, also je nach dessen Zusammensetzung
und Beschaffenheit
etwa 7 bis 30 m sec-1 beträgt.
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Die Längserstreckung des spalt artigen Ausströmungsquerschnittes 35
wird zweckmäßigerweise in Abhängigkeit vom Durchmesser des tangentialen Zulaufs
2 oder von einem diesem vergleichbaren Maß, z. B. bei Zuläufen mit rechteckigem
Querschnitt dem "hydraulischen Durchmesser gewählt. Auf diese Weise werden die Bedingungen
für ein Zusammentreffen der Luftblasen mit den aufzuschwimmenden Teilchen im Sinne
der Aufgabenstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter verbessert.
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Der spaltartige Ausströmungsquerschnitt 35 kann parallel zur Längsachse
des Behälters 1 oder auch in einer durch diese Längsachse und ihn gebildeten Ebene
unter einem Winkel zu dieser Längsachse in der Behälterwandung angeordnet sein.
In letzterem Fall kann das Aufsteigen der beladenen Luftblasen mit wesentlich geringerer
gegenseitiger Behinderung erfolgen.
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Es kommen jedoch auch andere Orientierungen des spaltartigen Ausströmungsquerschnittes
35 zur Längsachse des Behälters 1 in Betracht.
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