DE3325969C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begasung einer Flüssigkeits-Feststoff-Suspension, die mit Flotationsrea­ genzien versetzt sein kann, mit einem zu einer Flotations­ zelle führenden Zuführungsrohr für die Suspension, in des­ sen Wandung Öffnungen für die Einleitung des Gases vorge­ sehen sind.

Bei der Flotation von Flüssigkeits-Feststoff-Suspensionen kann die Begasung bereits in den Suspensionszuführungslei­ tungen vor deren Einleitung in das eigentliche Trenngefäß (Flotationszelle) erfolgen, wobei die Begasungsmedien üblicherweise durch Überdruck mittels Injektoren oder mit­ tels gasdurchlässigen porösen Körpern in die Suspension eingebracht werden.

Aus der DE-AS 24 20 482 ist eine Begasungseinrichtung für Flotationsanlagen bekannt, bei der zur Erzeugung feiner Gasbläschen sogenannte Frittenkörper aus porösem Kunst­ stoff, Keramik oder Metall, z. B. auf Bronzebasis, oder auch Siebe mit sehr kleinen Lochweiten verwendet werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß Siebe zur Begasung von Flüssigkeits-Feststoff-Suspensionen nicht geeignet sind, da sie starkem Verschleiß unterliegen und da die Gefahr nicht ausgeschlossen ist, daß die kleinen Gasaustrittslö­ cher verstopfen.

Poröse Frittenkörper haben den Nachteil, daß sich die Poren im Frittenkörper mit Partikeln zusetzen und daher ihre Gasdurchlässigkeit mehr oder minder schnell abnimmt. Die Poren können sich deswegen leicht zusetzen, weil ihr Porenverteilungsspektrum relativ breit ist und verschieden große Poren an der Begasungsoberfläche verschieden stark mit Gas durch den Frittenkörper versorgt werden und da­ durch ungleiche Druckverhältnisse in den einzelnen Poren an der Begasungsphasengrenze vorliegen.

Kunststofffritten aus hochmolekularem Sinter-Polyäthylen haben jedoch den Nachteil, daß sie gegen Adsorptionser­ scheinungen von bestimmten organischen Reagenzien nicht gefeit sind, die sich in den zu begasenden Suspensionen befinden können, und die gleichfalls zu Verstopfungen der Poren im Frittenkörper führen können.

Injektoren aus Metall, Keramik oder Kunststoff haben den Nachteil, daß sie keine ausreichend großen spezifischen Lufteinträge bei gewünschter feiner Dispersität der Luft­ blasen in die Suspension ermöglichen.

Eine bekannte Vorrichtung zur Einleitung von Gasen in eine Flüssigkeit (DE-OS 27 57 255) besteht aus einer Vielzahl einseitig profilierter flexibler, aus Kautschuk gefertig­ ter Lochscheiben, die aufeinandergelegt und zu Scheibenpa­ keten zusammengepreßt sind. Dabei muß sich das zentrisch zugeführte Gas von innen radial nach außen durch die Zwi­ schenräume zwischen den flexiblen Lochscheiben durcharbei­ ten. Weil die Zwischenräume zwischen den zusammengepreßten flexiblen Gummischeiben nicht konstant bleiben, sondern in ihrer Größe ein Zufallsergebnis bleiben, ist es mit der bekannten Vorrichtung nicht möglich, sehr feine und vor allem immer gleichgroße Gasbläschen zu erzeugen, wie es zum Zwecke der Durchführung eines nachfolgenden Flota­ tionsverfahrens unbedingt notwendig wäre. Außerdem kann die bekannte Vorrichtung nur in das Zentrum einer Flüssig­ keitsströmung Gas einbringen, während die Peripherie der Flüssigkeitsströmung von der bekannten Begasungsvorrich­ tung unbeeinflußt bleibt.

Insgesamt sind die bekannten Begasungsvorrichtungen nicht geeignet, in der Größe genau definierte sehr feine und immer gleichgroße Gasbläschen zu erzeugen und in großen Mengen über den Querschnitt gesehen sehr gleichmäßig in einer Flüssigkeits-Feststoff-Suspension zum Zwecke einer nachfolgenden Flotation zu verteilen. Die bekannten Bega­ sungsvorrichtungen weisen besonders im Bezug auf die Qua­ lität gleicher Gasdurchlässigkeit eine schlechte Reprodu­ zierbarkeit auf und neigen trübeseitig zu Verstopfungen insbesondere der feinen Porengänge durch Ablagerungen von Reagenzien, Salzen oder Feststoffteilchen, die sich in den Flüssigkeiten befinden. Derartige Begasungsvorrichtungen müssen daher häufig nachgeregelt und gereinigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Bega­ sung von Flüssigkeits-Feststoff-Suspensionen zum Zwecke der Vorbereitung einer nachfolgenden Flotation eine Be­ gasungsvorrichtung zu schaffen, die unter Vermeidung der oben angeführten Nachteile geeignet ist, sehr feine und immer optimal gleichgroße Gasbläschen zu erzeugen und in großen Mengen gleichmäßig in der strömenden Suspension zu verteilen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Begasungsvor­ richtung gelöst, die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs gekennzeichnet ist.

Die erfindungsgemäße Begasungsvorrichtung ist infolge der sehr engen und über den gesamten Umfang gesehen gleich­ großen Spalte zwischen den einzelnen Lamellen in der Lage, sehr feine und immer gleichgroße Gasbläschen zu erzeugen und diese in großen Mengen gleichmäßig über den ganzen Querschnitt der strömenden Suspension zur Vorbereitung einer nachfolgenden Flotation zu verteilen. An allen Öff­ nungen der Begasungsvorrichtung liegen am Phasenübergang Begasungsmedium/Suspension gleiche Druckverhältnisse vor, so daß ein dauerhafter, konstant bleibender Eintrag von gleichgroßen bzw. gleichfeinen Gasbläschen in die Suspen­ sion gewährleistet ist. Die Erzeugung und Verteilung von optimal feinen und immer gleichgroßen Gasbläschen ist zur Durchführung einer Flotation sehr wichtig, um bei der Flotation zu verhindern, daß die auszuflotierenden Parti­ kel von den sie tragenden angelagerten Gasbläschen ab­ reißen, wodurch die Trennleistung der Flotation, z. B. Erzflotation oder Kohleflotation, beeinträchtigt werden würde. Die einmal als optimal eingestellten Abstände von z. B. 20 bis 60µm zwischen den Lamellen bzw. die einmal als optimal eingestellte Weite der Spalte zwischen den Lamellen verändert sich während des Betriebes nicht, weil die Lamellen nicht flexibel, sondern steif sind und aus metallischem oder keramischem Stoff mit hoher Verschleiß­ und/oder Korrosionsbeständigkeit bestehen, wodurch sich die Begasungsvorrichtung auch durch eine hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit auszeichnet. Die Gefahr von Verstopfungen der Spalte zwischen den Lamellen ist bei der erfindungsgemäßen Begasungsvorrichtung minimiert, woraus sich auch der Vorteil hoher Standzeiten ohne Zwischenrei­ nigung der Begasungsvorrichtung ergibt. Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Begasungsvorrichtung die feinen Gas­ bläschen von außen nach innen in die Suspensionsströmung eingebracht werden, kann die Verteilung der Gasbläschen in der Suspensionsströmung sehr gleichmäßig über den ganzen Querschnitt erfolgen.

Die Abstände zwischen den Lamellen bzw. die Weite der Spalte zwischen den Lamellen weisen eine Größenordnung von insbesondere 20 bis 60µm auf. Je nach Erfordernis der zu flotierenden Suspension können Begasungsvorrichtungen mit unterschiedlichen Abständen der Lamellen zum Einbringen verschieden großer Mengen der Begasungsmedien eingesetzt werden. Beste Trennergebnisse werden z. B. bei der Kohle­ flotation mit Lamellenabständen von 20 bis 40µm erzielt. In jedem Fall erfolgt der Übergang des Begasungsmediums in die Flüssigkeits-Feststoff-Suspension zu jeder Stelle un­ ter gleichem Druckabfall.

Die Rohrwandung der Begasungsvorrichtung kann im Bereich der Zuführung der Begasungsmedien im Querschnitt recht­ eckig ausgebildet sein. Dadurch können die Begasungskörper sehr einfach und vorteilhaft aus streifenartigen Lamellen aufgebaut sein, die über entsprechende dazwischen befind­ liche Abstandshalter zwischenliegende schlitzartige Öff­ nungen bilden. Die Fixierung der Lamellen kann durch Kle­ ben, Schweißen, Löten, Verschrauben, Verstiften, durch Formschlüssigkeit oder andere Befestigungsarten innerhalb eines Gehäuses erfolgen. Die LamelIen können lösbar mit­ einander verbunden sein. Dadurch können die Öffnungen durchgeblasen bzw. freigeblasen werden. Durch verschieden hohen Spanndruck auf die Lamellen ist deren Abstand von­ einander einstellbar. Sehr vorteilhaft werden die Lamellen aus metallischem oder keramischem Werkstoff mit hoher Ver­ schleiß- und/oder Korrosionsbeständigkeit hergestellt. Hierbei sind Edelstähle, Sinterhartmetalle, Porzellan oder ähnliches Material denkbar. Die Lamellen der Begasungsvor­ richtung sind jeweils von einem Gehäuse umschlossen, das einen Anschluß an die Druckleitung des Begasungsmediums aufweist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können in dem Zu­ führungsrohr im Bereich mit rechteckigem Querschnitt nur die einander am nächsten gegenüberliegenden Wandungen mit Öffnungen versehen sein.

Auf diese Weise können einfache und kostengünstige Bega­ sungsvorrichtungen hergestellt werden, die ein ausreichen­ des Einbringen des Begasungsmediums in die durchströmende Suspension gewährleisten. In diesen Begasungsvorrichtungen brauchen die quer zur Suspensionsströmungsrichtung geführ­ ten Gasblasen nur sehr kurze Wege zurückzulegen, um jedes zu flotierende Feststoff-Partikel in der Suspension zu er­ reichen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Suspen­ sionszuführungsrohr im Bereich der Lamellen in Suspen­ sionsströmungsrichtung im Querschnitt trichterförmig er­ weitert ausgebildet sein. Hierbei kommen Öffnungswinkel von 0° bis 20° zwischen der Hauptströmungsrichtung der Sus­ pension und der Rohrwandung des Zuführungsrohres in Betracht. Das Einleiten eines Begasungsmediums in die Flüssigkeits-Feststoff-Suspension bewirkt normalerweise eine Volumenvergrößerung bzw. Beschleunigung der begasten Suspension. Durch die trichterförmige Erweiterung des Zu­ führungsrohres wird jedoch ein gleichbleibendes, homogenes Geschwindigkeitsprofil über den Querschnitt innerhalb der Suspensionsströmung erreicht, so daß erstens ein gleich­ bleibender Druck an jeder Öffnung gewährleistet wird und zweitens keine Beschleunigung der Suspension erfolgt und daher auch keine Scherkräfte auf die Gasbläschen wirken. Ein Abreißen der auszuflotierenden Partikel von den sie tragenden Gasbläschen wird auf diese Weise vermieden und dadurch die Trennleistung nicht beeinträchtigt.

Da die erfindungsgemäße Begasungsvorrichtung im Gegensatz zu herkömmlichen Begasungsvorrichtungen auf eine gleiche, konstant bleibende Durchsatzleistung für Suspension und Begasungsmedium eingestellt werden kann und reproduzier­ bare Durchsatzleistungen liefert, braucht nicht jedes ein­ zelne, mit der erfindungsgemäßen Begasungsvorrichtung ver­ sehene Zuführungsrohr eine eigene Meß- und Regelvorrich­ tung, sondern es genügt auch für mehrere Zuführungsrohre, die eine oder mehrere gleichartige Flotationszellen spei­ sen, ein einziger Regelkreis, so daß eine Flotationsanlage mit Vorteil parallel versorgt und sehr kostengünstig be­ trieben werden kann. Bei Verwendung von trichterförmig er­ weiterten Begasungsvorrichtungen kann eine Flotationsanla­ ge insgesamt mit geringerem Gasdruck als normalerweise er­ forderlich ist betrieben werden, wodurch eine bessere Wirtschaftlichkeit erzielt wird.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt

Fig. 1 eine Begasungsvorrichtung im Längsschnitt gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Begasungsvorrich­ tung gemäß Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine andere Ausbil­ dungsform einer Begasungsvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine trichterförmig ausgebildete Begasungsvorrichtung gemäß der Erfindung.

Für einander entsprechende Teile werden in den Figuren glei­ che Bezugszeichen verwendet.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Begasungsvorrichtung 1 dargestellt. Dieser Begasungsvorrichtung 1 strömt im Bereich 2 eines Zuführungsrohres 3 unbegaste Flüssigkeits-Feststoff- Suspension zu. Im Bereich 4 erfolgt die Begasung der Suspen­ sion. Hier ist die Rohrwandung des Zuführungsrohres 3 abwech­ selnd aus vielen einzelnen Lamellen 5 und dazwischenliegenden schlitzartigen Öffnungen 6 aufgebaut.

Die Öffnungen 6 werden durch kurze linienförmige oder punkt­ förmige Abstandshalter 7 gebildet, die sich zwischen den Lamellen befinden. Die einzelnen Lamellen 5 werden, wie ins­ besondere Fig. 2 zeigt, durch in Längsrichtung des Zufüh­ rungsrohres 3 verlaufende Haltestifte 14 gehalten und durch Spannvorrichtungen 8 aneinander gepreßt. Nach außen sind die Lamellen 6 von einem Gehäuse 9 mit Deckel 10 umgeben, welches an eine Druckleitung 11 der Begasungsmedienzuführung ange­ schlossen ist. Das Begasungsmedium gelangt über einen Ring­ raum 15 durch die Öffnungen 6 in die Suspension.

Nach Durchströmen des Bereiches 4 der Begasungsvorrichtung 1 wird die gleichmäßig begaste Flüssigkeits-Feststoff-Suspen­ sion aus dem Bereich 13 auf kürzestem Wege dem eigentlichen Trenngefäß, der Flotationszelle zugeführt. In der Regel ent­ hält jede Flotationszelle mehrere Zuführungsrohre mit jeweils einer Begasungsvorrichtung für die zu begasende Suspension, wobei die Einströmungsrichtungen der Zuführungsrohre im we­ sentlichen tangential mit radialer und/oder horizontaler Richtungskomponente in die Flotationszelle ausgerichtet sein können.

Jede einzelne Begasungsvorrichtung 1 ist beidseitig mit Ab­ sperrventilen 12 ausgerüstet, so daß ein Austauschen bezie­ hungsweise Auswechseln einer Begasungsvorrichtung während des Betriebes der Flotationsanlage vorgenommen werden kann. Auch kann mit Hilfe dieser Absperrventile 12 sehr vorteilhaft beim Abschalten der Anlage ein Zurückströmen der Suspension ver­ hindert wird.

Wie Fig. 2 zeigt, ist die Begasungsvorrichtung 1 ringförmig ausgebildet. Durch die auf den ringscheibenartigen Lamellen 5 punktförmigen Abstandshalter 7 werden zwischen den Lamellen 5 schlitzartige Öffnungen freigehalten. Die Abstandshalter können, wie bereits erwähnt, auch linienförmig ausgebildet sein, durch Punktschweißung oder Einstanzen in die Lamellen der durch Aufbringen von dünnem elastischem oder festem Material auf die Lamellen erzeugt werden.

Eine andere Ausbildungsform einer Begasungsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung zeigt im Querschnitt die Fig. 3. Hierbei ist das Gehäuse 9 im Profil rechteckig ausgebildet. Dieses Profilgehäuse kann zum Beispiel durch Strangguß aus Leichtme­ tall, Kunststoff oder ähnlichem Material hergestellt werden. Die Lamellen 5 sind hierbei streifenförmig ausgebildet und mit linienförmigen Abstandshaltern 7 versehen. Die dadurch gebildeten Öffnungen 6 befinden sich jeweils nur in den zwei sich am nächsten gegenüberliegenden Wandungen des rechtecki­ gen Querschnittes im Bereich 4 der Begasungsvorrichtung 1. Die Hohlräume 15′ hinter den Lamellen 5 sind mit der gemein­ samen Druckleitung 11 der Begasungsmittelzuführung verbunden.

Gemäß Fig. 4 ist der Bereich 4 der Begasungsvorrichtung 1 trichterförmig erweitert ausgebildet. Der Querschnitt der Begasungsvorrichtung 1 im Bereich 4 kann dabei beliebig, zum Beispiel rund oder rechteckig ausgebildet sein. Die Lamellen 5 beziehungsweise die dazwischenliegenden Öffnungen 6 sind hierbei rechtwinklig und quer zur Strömungsrichtung der Flüs­ sigkeits-Feststoff-Suspension angeordnet. Sie können jedoch auch schräg oder parallel zur Suspensionsströmungsrichtung orientiert sein. Für diese besondere Ausführung der trichter­ förmigen Begasungsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung ist der Querschnitt im Bereich 13′ des Zuführungsrohres 3′ größer als der des Zuführungsrohres 3 für die unbegaste Flüssigkeits- Feststoff-Suspension.

Als weitere Variante der Begasungsvorrichtung 1 kann der Bereich 4, in welchem die Suspension begast wird, als doppel­ wandiger Zylinderraum mit innerer Begasungsmediumzuführung ausgebildet sein. Dieser ringförmige doppelwandige Begasungs­ raum ist ebenfalls wiederum auch mit rechteckigem Querschnitt denkbar, wobei die Innenwand oder/und die Außenwand mit Öff­ nungen für die Begasung der durchströmenden Suspension verse­ hen ist/sind.

Die erfindungsgemäße Begasungsvorrichtung eignet sich auch sehr vorteilhaft für andere Bereiche der Flüssigkeitsbega­ sung, wie zum Beispiel bei der Luft- beziehungsweise Sauer­ stoffeinbringung in Fischzuchtteiche oder in biologische Abwasser-Klärbecken.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Begasung einer Flüssigkeits-Fest­ stoff-Suspension, die mit Flotationsreagenzien ver­ setzt sein kann, mit einem zu einer Flotationszelle führenden Zuführungsrohr für die Suspension, in des­ sen Wandung Öffnungen für die Einleitung des Gases vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Öff­ nungen aus den Spalten (6) zwischen einzelnen Lamel­ len (5) gebildet sind, daß die Lamellen in gleichen Abständen von etwa 10µm bis 500µm in Strömungsrich­ tung der Suspension hintereinander gereiht sind, und daß die Lamellen außen von einem Ringraum (15) umge­ ben sind, an den eine Druckleitung (11) zur Zufuhr des Gases angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen den Lamellen (5) bzw. die Weite der Spalte (6) eine Größenordnung von 20 bis 60µm aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (5) aus metallischem oder kerami­ schem Werkstoff mit hoher Verschleiß- und/oder Kor­ rosionsbeständigkeit bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Suspensionszuführungsrohr (3, 3′) im Bereich der Lamellen (5) in Suspensionsströmungsrichtung im Querschnitt trichterförmig erweitert ausgebildet ist.