DE3634323C2 - Method and device for centrifugal separation of a flotation suspension mixture - Google Patents
Method and device for centrifugal separation of a flotation suspension mixtureInfo
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Description
Bei der Flotationssortierung eines z. B. aus zwei unterschied
lichen dispersen Feststoffen bestehenden Stoffgemisches laufen
im wesentlichen drei physikalische Prozesse nebeneinander ab.
Dies sind:
die Blasenerzeugung,
der Transport und die Anlagerung der Blasen an die
Partikel einer Feststoffkomponente und
die Trennung der nicht mit Blasen besetzten Partikeln der
einen Komponente von den mit Blasen besetzten Partikeln
der anderen Komponente.When sorting a flotation z. B. consisting of two differently disperse solids existing substance mixture essentially run three physical processes side by side. These are:
the bubble generation,
the transport and attachment of the bubbles to the particles of a solid component and
the separation of the non-blistered particles of one component from the blistered particles of the other component.
In einer konventionellen Flotationszelle laufen diese physi kalischen Prozesse (Stufen) weitgehend zeitlich nebeneinander in einem einzigen Behälter ab. Bereits seit einigen Jahren versucht man, zu ihrer besseren Anpassung an die jeweiligen, speziellen Aufgaben, sie nicht zeitlich nebeneinander, sondern weitgehend nacheinander ablaufen zu lassen. Dies bedeutet, daß die Randbedingungen für die optimale Durchführung aller drei Prozesse besser der jeweiligen Aufgabenstellung angepaßt werden können.In a conventional flotation cell, they run physiologically calic processes (stages) largely side by side in a single container. For a few years now one tries to adapt them better to the respective special tasks, not side by side, but to run largely one after the other. This means that the boundary conditions for the optimal implementation of all three Processes are better adapted to the respective task can.
Die Erfindung bezieht sich auf die letzte Stufe, die Trennung. Es wird angenommen, daß durch die ersten beiden Prozesse der Blasenerzeugung sowie des Transports und der Anlagerung der Blasen an die hydrophobierten Partikel einer Feststoffkompo nente eine Flotationsmehrphasensuspension erzeugt wurde. In der letzten Prozeßstufe erfolgt die Trennung in die mit Blasen besetzten Partikel, die leichtere erste Komponente, und die nicht mit Blasen besetzten Partikel, die schwerere zweite Komponente.The invention relates to the last stage, the separation. It is believed that the first two processes of Bubble generation as well as the transport and deposition of the Bubbles on the hydrophobized particles of a solid component a multi-phase flotation suspension was generated. In the The last stage of the process is the separation into bubbles occupied particles, the lighter first component, and the non-blistered particles, the heavier second Component.
Für diese Trennung werden im Stand der Technik sowohl in einer Flotationszelle, als auch in Absetzkammern die unter Schwer krafteinfluß auftretende Auftriebskraft der an den Partikeln der einen Komponente anhaftenden Blasen (erste Komponente), und die Gewichtskraft der blasenfreien Partikel (zweite Komponente) genutzt. Blasen und anhaftende Partikel steigen zur Suspensions oberfläche auf und werden mit dem Überlauf entfernt, während die blasenfreien Partikel zum Boden der Kammer sedimentieren und dann ausgeräumt werden. Es handelt sich um einen Schwimm- Sink-Prozeß in Gegenstrom-Anordnung, bei dem die Schnelligkeit der Trennung und damit auch der Volumen- oder Massendurchsatz von der Größe der zu trennenden Partikel, d. h. deren Sinkge schwindigkeit bzw. der Größe der Blasen und deren Steigge schwindigkeit abhängt. Da sich im laminaren Umströmungsbereich sowohl die Partikel-Sinkgeschwindigkeit als auch die Blasen- Steiggeschwindigkeit proportional zum Quadrat ihrer Größe ändern, führt eine Verminderung ihrer mittleren Größe auf die Hälfte bereits zu einer Durchsatzuverminderung auf ein Viertel. Trennung und Massendurchsatz sind direkt miteinander gekoppelt.For this separation in the prior art both in one Flotation cell, as well as in sedimentation chambers under heavy force-induced buoyancy of the particles the bubbles adhering to one component (first component), and the weight of the bubble-free particles (second component) used. Bubbles and adhering particles rise to the suspension surface and are removed with the overflow while sediment the bubble-free particles to the bottom of the chamber and then cleared out. It is a swimming Sink process in counterflow arrangement, in which the speed the separation and thus the volume or mass throughput on the size of the particles to be separated, d. H. their sinkge speed or the size of the bubbles and their climb speed depends. Because in the laminar flow area both the particle sink rate and the bubble Rate of climb proportional to the square of their size change leads to a decrease in their average size on the Half to a throughput reduction to a quarter. Separation and mass throughput are directly linked.
In den letzten Jahren sind die Anforderungen an die Sortierung ständig gewachsen. Zum einen werden z. B. immer feiner verwach sene Erze und damit feinere Partikel flotiert. Zum anderen ist man bestrebt, die Flotation auch zur Abtrennung von Bakterien aus Bioreaktoren zu verwenden. Der Trend zu immer feineren Partikeln, aber auch der Trend zur Anwendung der Flotation bei Massenprodukten, wie z. B. der Flotation von Bioschlämmen, hat zu Überlegungen geführt, die bisher verwendeten physikalischen Trennverfahren zu verlassen und andere Techniken einzusetzen. In the past few years, the requirements for sorting constantly growing. For one, z. B. waxed ever finer ores and thus finer particles float. Second is the aim is to use flotation to separate bacteria from bioreactors. The trend towards ever finer Particles, but also the trend towards using flotation Mass products, such as B. the flotation of organic sludge has led to considerations, the previously used physical Leave separation processes and use other techniques.
So sind beispielsweise Versuche bekannt geworden, eine Flieh krafttrennung in Hydrozyklonen durchzuführen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die angestrebte Trennung auch bei mäßigem Durchsatz nur zum Teil gelingt und die Sortierschärfe gering ist.For example, attempts to flee have become known force separation in hydrocyclones. It has however, showed that the desired separation even with moderate Throughput is only partially successful and the sorting sharpness is low is.
Aus der DE-OS 27 27 398 ist die Flotation in einem schwachen Zentrifugalkraftfeld in einem ruhenden, zylindrischen oder konischen, vertikal angeordneten Behälter bekannt, in dessen unterem Bereich das Flotationssuspensionsgemisch tangential eingeleitet und der Flotationsrückstand zentral, axial ausge tragen wird. Für den Austrag der aufgeschwommenen Stoffe in einer beruhigten Zone ist eine, den oberen, offenen Behälter rand umgebende Überlaufrinne und eine von unten bis in den oberen Bereich des Behälters hinaufragendes, oben offenes Rohr vorgesehen. Aufgrund der im unteren Bereich erfolgenden tangen tialen Zuführung bildet sich eine aufsteigende Wirbelsenkenströ mung aus, die sich durch einen hohen Druckgradienten auszeich net. Die für diese Strömungsart charakteristische Trombe wird in das bis in den oberen Bereich des Behälters hinaufragende, für den Austrag des Flotationsrückstandes konzipierte Rohr hin eingezogen, so daß deren für die Selektivität der Flotation nachteiligen Wirkungen ausgeschaltet sind. Die mit den selek tierten Teilchen beladenen Luftblasen folgen dem durch das Zentrifugalfeld erzeugten, radial nach innen gerichteten Druck gradienten. Sie unterliegen gleichzeitig mit wachsender Ent fernung von der Mantelfläche des Behälters einer zunehmenden Auftriebskraft, so daß bei entsprechender Wahl von Blasengröße und Teilchengröße die flotierbaren Stoffe mit weitem Abstand vor dem Austragsrohr die Oberfläche erreichen. Die Schärfe der Sortierung und der Durchsatz sind gegenüber Trennungen ohne Anwendung des Fliehkraftfelds zwar erhöht, erfüllen jedoch die Erwartungen noch nicht ausreichend.From DE-OS 27 27 398 the flotation is weak Centrifugal force field in a stationary, cylindrical or conical, vertically arranged container known in the the flotation suspension mixture tangentially initiated and the flotation residue centrally, axially out will wear. For the discharge of the floating substances in A calm zone is one, the upper, open container overflow channel surrounding the rim and one from the bottom to the Pipe protruding from the top of the container and open at the top intended. Because of the tangen taking place in the lower area tial supply forms an ascending vertebral stream tion, which is characterized by a high pressure gradient net. The characteristic of this type of flow is into the top of the container, tube designed for the discharge of the flotation residue moved in, so that for the selectivity of the flotation adverse effects are eliminated. The one with the selek Airborne particles loaded particles follow that through the Centrifugal field generated radially inward pressure gradient. They are subject to increasing ent at the same time distance from the lateral surface of the container an increasing Buoyancy, so that with appropriate choice of bubble size and particle size the floatable substances by a wide margin reach the surface in front of the discharge pipe. The sharpness of the Sorting and throughput are without separations Application of the centrifugal field increases, but fulfills that Not enough expectations.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sortierschärfe und den Massendurchsatz der Fliehkrafttrennung eines Flotationssuspensionsgemisches zu steigern.The invention has for its object the sorting sharpness and the mass flow rate of centrifugal separation To increase flotation suspension mixture.
Ein diese Aufgabe lösendes Fliehkrafttrennverfahren ist in Patentanspruch 1 und dessen Unteransprüchen gekennzeichnet. Eine zu deren Durchführung besonders geeignete Vorrichtung ist mit ihren Ausgestaltungen in den weiteren Ansprüchen angegeben.A centrifugal force separation method that solves this problem is in Claim 1 and its subclaims characterized. A particularly suitable device for carrying it out with their configurations specified in the further claims.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß es mit dem angege benen Zentrifugierverfahren und der vorgeschlagenen Zentrifugier vorrichtung möglich ist, die Nachteile der bisherigen Fliehkraft trennung in einem Hydrozyklon zu beseitigen. Es zeigte sich näm lich, daß sich eine mit ausreichendem Massendurchsatz durchge führte Trennung, vor allem im Feinstkornbereich, mit dem neuen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung durch eine Querstrom trennung im Fliehkraftfeld bewerkstelligen läßt.Surprisingly, it has been shown that it is concerned with the benen centrifugation method and the proposed centrifugation device is possible, the disadvantages of the previous centrifugal force Eliminate separation in a hydrocyclone. It showed itself Lich that one with sufficient mass throughput led separation, especially in the fine grain area, with the new Method and the associated device through a cross flow separation in the centrifugal force.
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung ist anhand einer Zeichnung näher erläutert, die diese im Längsschnitt zeigt.An embodiment of a device according to the invention is explained in more detail with reference to a drawing that this in Longitudinal section shows.
Das Flotationssuspensionsgemisch wird in einem schüsselförmi gen, sich zum Rand hin erweiterenden Zentrifugenrotor 1 auf den Boden 2 im Bereich der Rotationsachse schonend zugeführt, auf dem Boden 2 des Zentrifugenrotors 1 ebenso schonend unter Vermeidung von Turbulenzen ausgebreitet und in Umfangsrichtung beschleunigt. Sie steigt auf der Innenfläche des Mantels 3 des Zentrifugenrotors 1 in Form einer dünnen Suspensionsschicht 4 auf, in der die Querstromtrennung stattfindet. Die blasenbehaf teten Partikel der ersten Komponente wandern unter der Wirkung der Auftriebskräfte im Fliehkraftfeld radial nach innen zur Suspensionsoberfläche 5, während die blasenfreien Partikel der zweiten Komponente unter der Wirkung der Fliehkraft radial nach außen zur Innenfläche des Mantels 3 des Zentrifugenrotors 1 wandern. Beide Komponenten reichern sich in den radial am wei testen voneinander entfernt liegenden Schichten der Suspensions schicht 4 an. Am Rand des Zentrifugenrotors 1 lassen sich die beiden Schichten durch eine feststehende oder vorzugsweise mit rotierende kreisförmige Schneide 6 voneinander trennen und in zwei Suspensionsströmen ableiten, von denen der eine überwiegend die blasenbehaftete erste Komponente 7, der andere bevorzugt die blasenfreie zweite Komponente 8 enthält.The flotation suspension mixture is gently fed into a bowl-shaped, widening towards the edge centrifuge rotor 1 on the bottom 2 in the region of the axis of rotation, spread on the bottom 2 of the centrifuge rotor 1 as gently while avoiding turbulence and accelerated in the circumferential direction. It rises on the inner surface of the jacket 3 of the centrifuge rotor 1 in the form of a thin suspension layer 4 , in which the cross-flow separation takes place. The blistered particles of the first component migrate radially inward to the suspension surface 5 under the action of the buoyancy forces in the centrifugal force field, while the bubble-free particles of the second component migrate radially outward under the action of the centrifugal force to the inner surface of the jacket 3 of the centrifuge rotor 1 . Both components accumulate in the layers of the suspension layer 4 which are radially the most distant from one another. At the edge of the centrifuge rotor 1 , the two layers can be separated from one another by a fixed or preferably with rotating circular cutting edge 6 and can be derived in two suspension streams, one of which predominantly contains the first component 7 with bubbles, the other preferably contains the second component 8 free of bubbles.
Die dargestellte Vorrichtung hat eine feststehende, an einem mittigen Auffangbehälter 9 und einem äußeren doppelwandigen Trichter 10 befestigte kreisförmige Schneide 6. Die verfahrens technisch günstigere, da Verwirbelungen der Suspensionsschicht 4 vermeidende Lösung sollte allerdings mit einer mitrotierenden Schneide ausgestattet sein.The device shown has a fixed circular cutting edge 6 fastened to a central collecting container 9 and an outer double-walled funnel 10 . The solution which is technically more favorable in terms of process, since the solution to avoid turbulence in the suspension layer 4 should, however, be equipped with a rotating cutting edge.
Während es relativ unproblematisch ist, die erste Komponente durch die Schneide 6 abzuschälen, da der hydrophobierte Fest stoff und die Blasen auf oder in der Nähe der Flüssigkeits oberfläche schwimmen, verlangt der rutschende Transport der zweiten Komponente auf der Innenfläche des Mantels des Zentri fugenrotors zusätzliche Maßnahmen. Als Mantelfläche soll des halb zur Sicherstellung eines einwandfreien Materialtransports vorzugsweise eine nach unten offene und sich nach unten erwei ternde etwa kegelstumpfförmige, rotationssymmetrische Mantel fläche eines schüsselförmigen Rotors verwendet werden. Durch Wahl des stoffabhängigen richtigen Öffnungswinkels sowie durch Wahl einer geeigneten, das Rutschen fördernden inneren Mantel oberfläche, d. h. entsprechender, den Materialtransport und die Beschleunigung in Umfangsrichtung fördernder Mantel- oder Mantel überzugsmaterialien oder Riffelungen und/oder durch eine in axialer Richtung überlagerte Vibration läßt dich jedoch der Zentrifugenrotor so gestalten und betreiben, daß die Trennung im angestrebten Sinne stattfindet. Die Manteloberfläche soll in axialer Richtung einen niedrigeren Reibungskoeffizienten als in Umfangsrichtung aufweisen. Damit kann einerseits die Umfangs beschleunigung, die erst die angestrebte Radialbewegung ermög licht, zum anderen das axiale Rutschen verbessert werden.While it is relatively unproblematic to peel the first component through the cutting edge 6 , since the hydrophobized solid and the bubbles float on or near the liquid surface, the slipping transport of the second component on the inner surface of the jacket of the centrifugal rotor requires additional measures . As a circumferential surface to ensure proper material transport, preferably a downwardly open and downwardly extending approximately frustoconical, rotationally symmetrical lateral surface of a bowl-shaped rotor should be used. However, by choosing the correct opening angle depending on the material and by choosing a suitable inner jacket surface that promotes slipping, i.e. corresponding jacket or jacket covering materials or corrugations that promote material transport and acceleration in the circumferential direction, and / or by a vibration superimposed in the axial direction, you can, however design and operate the centrifuge rotor so that the separation takes place in the desired sense. The jacket surface should have a lower coefficient of friction in the axial direction than in the circumferential direction. On the one hand, the circumferential acceleration, which only enables the desired radial movement, and on the other hand the axial sliding can be improved.
Die Rotorachse ist bevorzugt lotrecht, und der Zentrifugenrotor nach oben bzw. nach unten offen angeordnet; sie kann jedoch auch unter einem anderen Winkel und sogar waagerecht angeordnet werden. Eine besonders vorteilhafte Anordnung ist in der Zeich nung dargestellt. Die von der Schneide 6 voneinander getrennten beiden Schichten werden getrennt abgeführt. Die innere Schicht mit der ersten Komponente 7 wird in dem mittigen Behälter 9 aufgefangen während die radial äußere Schicht mit der zweiten Komponente 8 mit den blasenfreien Partikeln über einen Doppel trichter 10 abgeleitet wird. Die Rotationsachse kann ohne Beeinträchtigung der Trennung horizontal oder unter einem anderen Winkel angeordnet sein, wenn sichergestellt ist, daß die Suspensionsschicht 4 unter der Wirkung der im Betrieb herrschenden Fliehkräfte in jedem Betriebszustand an der inneren Mantelfläche anliegt.The rotor axis is preferably vertical, and the centrifuge rotor is open at the top or bottom; however, it can also be arranged at a different angle and even horizontally. A particularly advantageous arrangement is shown in the drawing. The two layers separated from one another by the cutting edge 6 are discharged separately. The inner layer with the first component 7 is collected in the central container 9 while the radially outer layer with the second component 8 with the bubble-free particles is derived via a double funnel 10 . The axis of rotation can be arranged horizontally or at another angle without affecting the separation, if it is ensured that the suspension layer 4 is in contact with the inner lateral surface in every operating state under the effect of the centrifugal forces prevailing during operation.
Der Vorteil der beschriebenen Trennung besteht gegenüber her kömmlichen Schwerkraftverfahren darin, daß die Trennung in die Komponenten infolge der um die Beschleunigungsziffer z = a/g höheren Aufstiegs- bzw. Sinkgeschwindigkeiten bei gleichen Schichtdicken in einer um den gleichen Faktor kürzeren Zeit erfolgt. Darüberhinaus verringert sich diese weiter, da geringe Schichtdicken (wenigstens 0,5 bis 1 mm), d. h. sehr kurze Trenn wege, verwendet werden können. Gegenüber der Trennung in Hydro zyklonen wird eine deutliche Steigerung der Trenn- bzw. Sortier schärfe und ein infolge der relativ hohen Transportgeschwindig keit in der ausgebreiteten Suspensionsschicht erhöhter Volumen- oder Massendurchsatz erzielt, was erst eine wirtschaftliche Fliehkrafttrennung im Feinstkornbereich ermöglicht.The advantage of the separation described is there conventional gravity process in that the separation into the Components due to the acceleration figure z = a / g higher ascent or descent speeds at the same Layer thicknesses in a time shorter by the same factor he follows. In addition, this is further reduced because it is low Layer thicknesses (at least 0.5 to 1 mm), d. H. very short separations ways that can be used. Compared to the separation in Hydro Cyclones will significantly increase the separation or sorting sharpness and a due to the relatively high transport speed in the spread suspension layer of increased volume or mass throughput, which is only economical Centrifugal force separation in the fine grain area enables.
Die angenähert radiale Aufstiegs- bzw. Sinkgeschwindigkeit der beiden Komponenten sowie der Massendurchsatz hängen von der gewählten Zentrifugalbeschleunigung ab. Letzterer läßt sich jedoch unabhängig davon durch die Neigung des Mantels der Zentrifugentrommel zur Dehachse durch den Winkel Alpha ein stellen.The approximately radial rate of ascent or descent of the both components and the mass flow rate depend on the selected centrifugal acceleration. The latter can be however regardless of the inclination of the mantle of the Centrifuge drum to the axis of rotation through the angle alpha put.
Um die dem Zentrifugenrotor entweder durch eine zentrale Hohl welle, oder, bei nach unten offenem, schüsselförmigem Rotor durch ein Rohr bzw. einen Kanal von oben zugeführte Flotations suspension einerseits möglichst schonend zuzuführen und anderer seits bereits bei kleinen Radien in Umfangsrichtung zu beschleu nigen, ist im Zuführungsrohr zweckmäßigerweise ein aus dünnem Blech hergestellter Drallapparat 11 eingebaut. Außerdem ist neben einer den axialen Ausfluß des Suspensionsgemisches ver hindernden mittigen Umlenkplatte 12 zur weiteren Vorbeschleu nigung im mittleren Radienbereich ein Schaufelkranz 13 aus in angenähert radialer Richtung geraden oder gekrümmten, die Förderung der Suspension unterstützenden Schaufeln vorgesehen.In order to feed the centrifuge rotor either through a central hollow shaft or, when the bowl-shaped rotor is open at the bottom, through a tube or a channel from above, the flotation suspension is fed as gently as possible and, on the other hand, is accelerated in the circumferential direction even with small radii A swirl device 11 made of thin sheet metal is expediently installed in the feed pipe. In addition to the axial outflow of the suspension mixture ver preventing central baffle plate 12 for further acceleration in the central radius area, a blade ring 13 is provided from straight or curved in an approximately radial direction, the promotion of the suspension supporting blades.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Trennung eines Flotations suspensionsgemisches in eine blasenbehaftete, disperse erste Feststoffkomponente und eine blasenfreie, disperse zweite Feststoffkomponente bewirkt, daß sich die beiden Komponenten nach einer die Ablösung von Blasen von den hydrophobierten Feststoffpartikeln verhindernden, schonenden Zuführung des Flotationssuspensionsgemisches, in eine dünne, etwa wenigstens 0,5 bis 1 mm dicke, rotationssymmetrische, sich in Strömungs richtung erweiternde Suspensionsschicht ausgebreitet wird. Unter der Wirkung von Auftriebs- und Beschleunigungskräften wird diese durch Querstromtrennung im Fliehkraftfeld kompo nentenweise in zwei Schichten überführt. An der Oberfläche, d. h. der Innenseite der Suspensionsschicht reichern sich die blasenbehafteten Partikeln an (erste Komponente) und an der Schichtunterseite, d. h. der Außenseite der Suspensionsschicht die blasenfreien Partikeln (zweite Komponente) an. Die äußere und die innere Schicht werden zur Trennung der Komponenten voneinander aufgetrennt (abgeschält) und die Komponenten der beiden Ströme getrennt aufgefangen.The method according to the invention for separating a flotation suspension mixture into a blistered, disperse first Solid component and a bubble-free, disperse second Solid component causes the two components after a the detachment of bubbles from the hydrophobized Solid particle-preventing, gentle feeding of the Flotation suspension mixture, in a thin, at least about 0.5 to 1 mm thick, rotationally symmetrical, flowing direction-expanding suspension layer is spread. Under the action of buoyancy and acceleration forces this is compo by cross-flow separation in the centrifugal force field transferred in two layers. On the surface, d. H. the inside of the suspension layer accumulate blistered particles on (first component) and on the Underside of the layer, d. H. the outside of the suspension layer the bubble-free particles (second component). The outer and the inner layer are used to separate the components separated from each other (peeled off) and the components of the two streams caught separately.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: B03D 1/14 |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |