DE3707137C2 - Vorrichtung zum Trennen von Feinkorngemengen in Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen von Feinkorngemengen in Flüssigkeit, insbesondere zum Abscheiden von Pyrit aus Flotationsschlämmen, wobei mindestens ein Behälter mit Eigendrehung als Planet auf einer Planetenbahn umläuft.

Zentrifugen mit Behältern, welche als Planeten mit Eigendrehung auf einer Plantenbahn umlaufen, sind seit längerem bekannt. Zum Beispiel zeigt die DE-PS 9 15 799 eine kontinuierlich arbeitende Zentrifuge mit einer oder mehreren Trommeln, die sich um eine außerhalb des Trommelumfangs liegende Hauptachse drehen, wobei diese Trommeln eine zusätzliche Drehbewegung um ihre eigene Achse ausführen. Die Bewegung der Trommeln um eine außerhalb des Trommelumfangs liegende Hauptachse ist die Planetenbahn. Das Schleudergut wird durch eine geeignete Verteileinrichtung, die mit der gleichen Drehzahl wie die Trommeln um die Hauptachse rotiert, in das Innere der Trommeln eingespeist. In den Trommeln wird das Schleudergut infolge der Zentrifugalkraft an die vom Drehpunkt am weitesten entfernten Flächen geschleudert. Die zusätzliche Eigendrehung der Trommeln bewirkt, daß sich das Schleudergut früher oder später von seiner Siebfläche ablöst und quer durch das Innere der Trommeln hindurch auf die augenblicklich von der Hauptachse am weitesten entfernte Trommelseite fliegt. Infolge der vertikalen Anordnung der Vorrichtung wirkt gleichzeitig die Erdanziehung auf das Schleudergut. Die Vorrichtung hat die Aufgabe, Flüssiganteile aus dem Schleudergut abzutrennen. Die Separierung bestimmter Kornfraktionen ist bei der bekannten Vorrichtung nicht vorgesehen.

In der DE-OS 29 02 691 ist geichfalls eine Schleuder zum kontinuierlichen Trennen von Feststoff-Flüssigkeits-Gemischen beschrieben. Die bekannte Schleuder besitzt mehrere Absetztrommeln, die sich auf einer Planetenbahn bewegen und dabei als Planeten eine Eigendrehung ausführen. Im Unterschied zu anderen Schleudern besitzen die Trommeln rippenförmige Scheidewände, die unter einem bestimmten Winkel gegenüber der Querachse der Trommel und unter einem bestimmten Winkel gegenüber der senkrechten Achse der Trommel angeordnet sind. Die rippenförmigen Scheidewände verhindern das Verschieben der Feststoffteilchen auf den Umfangswänden der Trommeln. Die Scheidewände ermöglichen ferner das Herausführen der Flüssigkeit aus den Trommeln nach außen im Falle einer vollwandigen Absetztrommel. Die einzelnen Trommeln sind zylindrisch oder leicht kegelförmig ausgebildet und bestehen am Umfang aus einem perforierten oder geschlosssenen Mantel mit Filternetzen und Unterlegnetzen. Der Schleudereffekt wird, wie bei den bekannten Schleudern, durch Drehen der Trommeln sowie durch Eigendrehung der Trommeln erreicht.

Die bekannte Vorrichtung ist auch in Anwendung auf Kohle vorgesehen, eine Trennung zwischen einzelnen Kornfraktionen ist darin aber nicht beschrieben.

Eine Separierung in verschiedene Fraktionen ist in der europäischen Patentanmeldung 85 104 851 beschrieben. Dieser Vorschlag geht von den bekannten Trennbehältern aus, die sich mit Eigendrehung auf einer Planetenbahn bewegen. Im Unterschied zu anderen bekannten Trennbehältern besitzt diese Vorrichtung zwei Austragöffnungen, welche im Inneren der Trennbehälter auf unterschiedlichem Radius ansetzen. Das führt dazu, daß schwerere Partikel der äußeren Austragöffnung zugeführt werden und leichtere Partikel den Weg durch die innere Austragöffnung nehmen. Allerdings zeigt sich, daß die Trennschärfe dieser Vorrichtung in Anwendung auf die Pyritabscheidung bei Steinkohle noch gering ist.

Aus der Druckschrift WO 82/02842 ist eine kontinuierlich arbeitende Vorrichtung zur mechanischen Trennung einer Suspension in eine spezifisch schwere Phase und in eine spezifisch leichte Phase bekannt, mit mehreren Behältern, die sich sowohl um die eigene von der Vertikalen abweichenden Achse als auch um eine gemeinsame vertikale Achse drehen. Durch Einwirkung der Zentrifugalkräfte bildet sich im radial äußeren Bereich der jeweiligen Behälter die spezifisch schwere Phase aus, während die spezifisch leichte Phase sich im radial inneren Bereich der Behälter ansammelt. Während die spezifisch schwere Phase über um den Umfang der Behälterwandung verteilte Schlitze aus den Behältern nach außen abgeschleudert wird, wird die spezifisch leichte Phase über den oberen Rand der Behälter abgeschleudert, und die beiden abgeschleuderten Phasen sollen getrennt voneinander aufgefangen werden. Eine saubere Separierung der unterschiedlich spezifisch schweren Phasen ist aber mit der bekannten Vorrichtung nicht möglich, und sie wäre nicht geeignet insbesondere Pyrit aus einer pyrithaltigen Kohlesuspension mit hoher Trennschärfe abzuscheiden.

Pyrit ist eine besondere Form anorganischen Schwefels in der Kohle. Der Schwefelanteil der Kohle ist für deren Verwendbarkeit von erheblicher Bedeutung. So soll der Schwefelanteil im Koks zum Beispiel 1,2% nicht überschreiten. Bei Verkoken von Kokskohle zu Koks kann der Schwefelgehalt nicht reduziert werden.

Deshalb ist für den Schwefelgehalt des Kokses der Ausgangsschwefelgehalt der Kokskohle maßgebend. Unter obigen Voraussetzungen wird ein Schwefelgehalt in der Kokskohle von 1,5% noch als zulässig angesehen.

Auch für die Kraftwerkskohle hat der Schwefelgehalt eine wesentliche Bedeutung. Beim Verbrennen von Kohle in Kraftwerken wird der Schwefel in erheblichem Umfang frei. Vorschriften zur Reinhaltung der Luft erzwingen eine Rauchgasreinigung. Der Aufwand für derartige Rauchgasreinigungen ist um so größer, je größer der Schwefelgehalt in der Kohle ist. Außerdem fällt bei den meisten Rauchgasentschwefelungstechniken ein sehr schwierig zu deponierender Rückstand an. Die Menge des Rückstandes ist abhängig vom Schwefelgehalt. Auch für den dritten großen Bereich des Kohlemarktes, den sogenannten Wärmemarkt, hat der Schwefelgehalt der Kohle eine ganz wichtige Bedeutung. Zum Wärmemarkt gehören kleinere Feuerungsstätten, wie Brauereien, Brennereien oder Molkereien. Dort wird vornehmlich Prozeßdampf erzeugt. Ferner wird der Hausbrand zum Wärmemarkt gezählt. Wollte man die Kohlefeuerungsstätten des Wärmemarktes auch mit einer Entschwefelungsanlage versehen, so wäre der bauliche Aufwand für diese Anlagen überproportional höher zu dem Aufwand, der bei Kraftwerken anfällt. Dies macht Kohlefeuerung im Wärmemarkt deutlich unwirtschaftlich. Im Wärmemarkt ist deshalb die Verbrennung der Kohle unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten an einen geringen Schwefelgehalt gebunden, der die Anwendung einer Rauchgasentschwefelung entbehrlich macht.

Im übrigen gilt der Erfahrungssatz, daß eine Entschwefelung bei der Aufbereitung der Kohle deutlich wirtschaftlicher als eine Entschwefelung des Rauchgases ist.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Entschwefelung bei der Aufbereitung der Kohle zu verbessern. Da lediglich der anorganische Schwefelanteil im Wege der Aufbereitung von der Feinkorngemenge insbesondere pyrithaltige Kohlesuspension, abgetrennt werden kann und der abtrennbare anorganische Schwefel ganz überwiegend in der Form von Pyrit vorliegt, hat also die Erfindung das Ziel einer verbesserten Pyritabscheidung bei der Kohle.

Nach der Erfindung wird das in Anwendung der bekannten Vorrichtung mit mindestens einem Behälter, der mit Eigendrehung als Planet auf einer Planetenbahn umläuft, dadurch erreicht, daß der Behälter in dem die Kohle aufnehmenden Bereich eine Wölbung aufweist. In dem so ausgebildeten Behälter wird vorzugsweise Flotationsschlamm so lange geschleudert, bis im Außenbereich des Flotationsschlammes eine starke Aufkonzentration an Pyrit entstanden ist. Der Wirkungsvorgang des Trennbehälters ergibt sich wie folgt: Wenn der Trennbehälter ohne Eigendrehung auf einer Umlaufbahn umläuft, bildet sich auf dem Floationsschlamm ein Flüssigkeitsbereich, der der Drehbewegung folgt, die ihm durch die Trennbehälterwand vermittelt wird.

Sobald der Trennbehälter in Eigendrehung versetzt wird, wird der Flüssigkeitsspiegel nach außen gedrängt, behält jedoch die Drehbewegung bei. Aus dem ergibt sich, daß die Umlaufbewegung des Trennbehälters und die Eigendrehung nach der Erfindung zwei verschiedene Funktionen ausüben. Dem Trennbehälter kommt dabei die Aufgabe zu, das gesamte Inhaltsvolumen in Rotation zu versetzen. Die Planetenfunktion ist darin zu sehen, daß der Flüssigkeitsspiegel in einem bestimmten Winkel ausgerichtet wird. In dieser Stellung des sich im Behälter ausbildenden Flüssigkeitsbades entwickelt die Flüssigkeit außerordentliche Sortierungskräfte. Das heißt, unter Überwindung der Reibung zwischen den einzelnen Partikeln - wobei ein Aufschwemmen in dem Flüssigkeitsbad und die Pulsationskräfte sehr hilfreich sind - entsteht eine sehr starke Orientierungsbewegung der schweren Partikel zum Randbereich des Behälters.

Die richtigen Drehzahlen für die Behälterdrehung und die Umlaufbewegung des Behälters ergeben sich mit der Winkelanstellung des Badspiegels im Behälter. Nach der Erfindung hat der Badspiegel eine Neigung von 30-50° zur Behälterachse, vorzugsweise 40°. Dies gilt für aufrechtstehende Behälter.

Die Wölbung des Behälters erstreckt sich nach der Erfindung über den Gesamtbereich des Flüssigkeitsbades. Ferner ist vorzugsweise eine einheitliche Behälterkrümmung vorgesehen. An der Stelle, wo die Bodenwölbung bei senkrecht stehenden Trennbehälter in eine vertikale zylindrische Wand übergeht, bricht der Flüssigkeitsspiegel ab. Das heißt, es bildet sich keine in sich geschlossene runde Badspiegelfläche aus. Das Bad erscheint an der oben beschriebenen Übergangsstelle wie abgeschnitten. Bei im wesentlichen zylindrischen Behältern bildet sich das vorbeschriebene Flüssigkeitsbad nicht aus.

Die Erfindung ist nicht nur auf Kohle sondern auch auf andere Feinkornmenge anwendbar. Voraussetzung ist, daß diese sich in Flüssigkeit befinden.

In der Zeichnung Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Mit 8 ist ein zylindrischer Behälter mit stark bauchigem Boden einheitlicher Krümmung bezeichnet. Der Behälter 8 ist in seinem unteren Gehäuseteil 4 und an seinem oberen Gehäuseteil 13 drehbeweglich gelagert. Der Behälter 8 wird über ein Planetengetriebe 6 in Drehrichtung versetzt. Zugleich werden der untere Behälterteil 4 und der obere Behälterteil 13 von dem Planetengetriebe 6 mitbewegt. Die Drehachse der Behälterteile 13 und 4 ist mit 1 bezeichnet.

Innen in dem oberen Behälterteil 13 ist ein Kegel 12 vorgesehen, der zusammen mit der Wandung des Behälterteils 13 eine Zuführung zum Behälter 8 für Flotationsschlamm aus einer Kohleaufbereitung bildet.

Der Flotationsschlamm wird intermittierend zugeführt und intermittierend aus dem Behälter 8 abgeführt. Die Zuführungswege sind mit 3 und 7 bezeichnet.

Die Abb. 2 zeigt das Anlaufen des Trennbehälters 8 ohne gleichzeitige Drehung des Behälters 8 um die Achse 1. Der dem Behälter 8 zugeführte Flotationsschlamm nimmt dabei eine zentrische, im wesentlichen kreisrunde Form im Behälter 8 ein.

Abb. 3 zeigt den Einfluß der Umlaufbahn des Trennbehälters 8. Die Zentrifugalkraft bewirkt eine außermittige Verschiebung des Flotationsschlammes 20. Nach kurzer Betriebszeit erstellt sich eine Situation gemäß Abb. 4 ein. Danach teilt sich das Gemenge, wobei sich unten ein Bereich 21 bildet, der im wesentlichen aus Feststoffpartikel besteht, während die Flüssigkeit in der Draufsicht des Behälters 8 eine Neigung von im Ausführungsbeispiel 40° zum zylindrischen Teil der Behälterwandung einnimmt und trotz der Umlaufbewegung des Behälters 8 infolge der auf die Flüssigkeit wirkenden Zentrifugalkraft an der jeweils äußeren Behälterwandung bleibt. Die hier angesprochene Zentrifugalkraft ist die aus der Planetenbewegung des Behälters 8. Der Flüssigkeitsbereich ist mit 22 bezeichnet. Mit zunehmender Betriebsdauer bilden sich im Bereich 21 Pyritansammlungen, welche an ihrer hellgelben Farbe leicht erkennbar sind und in Abb. 4 mit 23 bezeichnet sind. Abb. 5 zeigt einen Betriebszustand nach weiterer Betriebsdauer. Es ist deutlich erkennbar, daß die Pyritansammlung 23 zugenommen hat. Abb. 6 zeigt den Behälter 8 nach Austragen des Flüssigkeitsbereiches 22. Danach haben sich die Pyritpartikel auf den Randbereich des Behälters 8 stark konzentriert.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Trennbehälter nach Art einer Halbschale ausgebildet, d. h. der Trennbehälter hat eine bis zum oberen Behälterrand reichende Rundung. Die Rundung entspricht in etwa dem Verlauf einer Parabel. Der Trennbehälter ist von einem gegenüber dem Trennbehälter drehfest angeordneten jedoch mit dem Trennbehälter auf einer Planetenbahn umlaufenden Auffangbehälter umgeben.

Aus dem Auffangsbehälter führt eine Leitung in eine außen die Vorrichtung ortsfest umgebende Rinne. Bei Aufgabe von Floationsschlämmen in den Trennbehälter zeigt sich mit der Drehung der Vorrichtung, daß sich Kohle und Pyrit in getrennten Ringen an der Behälterwand anlagern. Zur Ausbildung der beiden Ringe kommt es bereits beim Einschalten des Trennbehälters. Der Kohlering unterliegt der Strömung mehr als der Pyritring und steigt höher an der Reaktorwand auf. Bei Überlagerung durch die Planetendrehung folgt der Kohlering der Schrägstellung des Flüssigkeitsspiegels, während der Pyritring weiter in der horizontalen Kreisbahn an der Behälterwandung verharrt. Wird nun in die Behältermitte Wasser aufgegeben, kommt es wiederum zu einer Strömung von der Behältermitte zur Behälterwand. Hierbei wird die Kohle zusammen mit dem Wasser über die Behälteroberkante gespült. Der schwere Pyrit hingegen bleibt im Reaktor.

Im einzelnen gestaltet sich der Vorgang wie folgt. Beim Anlaufen des Trennbehälters, also geringer Planetendrehung (z. B. 4 U/min) ist kaum etwas zu erkennen. Dann befindet sich die gesamte Feststoffsuspension im Trennbehälter. Kohle- und Pyritring sind noch nicht ausgebildet. Das der Kohle anhaftende Feinstkorn macht die Gesamtsuspension schwarz und undurchsichtig.

Bei Steigerung der Planetendrehzahl auf z. B. 19 U/min ist eine Schrägstellung des Flüssigkeitsspiegels zu erkennen. Zum Teil wird bereits Feststoffsuspension über die Oberkante des Trennbehälters geschleudert.

Bei Erreichen einer vorgesehenen Planetendrehzahl von z. B. 24 U/min wird zur Spülung bereits Wasser aufgegeben. Der Flüssigkeitsspiegel hat seine endgültige Neigung erreicht und im oberen Bereich des geneigten Flüssigkeitsspiegels tritt die Suspension aus dem Trennbehälter aus. Der an der Behälterwand anhaftende Feststoffring befindet sich dort, wo der Flüssigkeitsspiegel seinen tiefsten Punkt hat, außerhalb der Flüssigkeit. Dadurch wird der Kornverband aufgewirbelt und die Kohle kann sich aus ihm lösen und in den Überlauf gelangen.

Gegen Ende des Trennvorganges wird die Flüssigkeit klarer. Der Großteil der Kohle ist bereits ausgetragen. Der Feststoffring besteht fast nur noch aus Pyrit. In dieser Situation ist es vorteilhaft, den Feststoffring auszutragen. Das kann z. B. mit Hilfe eines Schälrohres oder eine Spirale erfolgen. Das Schälrohr greift dann von oben in den Trennbehälter und nimmt auf mechanischem Wege zwangsweise den Feststoffring während der Umdrehung des Trennbehälters auf, d. h. nimmt den Feststoffring von der Behälterwandung ab.

Die Feststoffsuspension kann auch bei rotierendem Trennbehälter und Planeten aufgegeben werden. Das geschieht dann von oben und mittig. Der Trennvorgang ist sehr ähnlich dem o. b. Trennvorgang bei Beschicken des Trennbehälters vor dem Beginn der Drehbewegung.

Im Unterschied zu dem vorbeschriebenen Trennvorgang können jedoch auch Feststoffpartikel in den Überlauf gelangen, indem sie direkt nach Eintreten in die Behältermitte der zur Behälterwand gerichteten Strömung folgen, ohne an der Behälterwand zu haften. Die Partikel, die auf diese Weise ausgetragen werden, sind feinkörnig bzw. besitzen eine geringe Dichte.

Die Partikel, die sich an der Behälterwand angelagert haben, werden von der Strömung nur wenig beeinflußt, da die Strömung an der Behälterwand und in deren unmittelbarer Nähe nur sehr gering ist.

Im Ergebis können über 70% des in der Aufgabe enthaltenen Pyrits im Rückstand zurückgehalten werden. Dabei gilt: Der Trennvorgang wird von den Drehzahlen in der Form beeinflußt, daß bei höheren Drehzahlen (sowohl Planet als auch Trennbehälter) weniger Pyrit und auch weniger Asche im Rückstand zurückgehalten wird. Bei kleineren Körnungen sind zur optimalen Trennung niedrigere Drehzahlen einzustellen.

Bei höherer Eindickung des aufgegebenen Schlammes wird die Abscheidung von Pyrit und Asche besser.

Im folgenden sind zwei Betriebsbeispiele mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

Beispiel 1

Beispiel 2

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Trennen von Feinkorngemengen in Flüssigkeit, insbesondere zum Abschneiden von Pyrit aus Flotationsschlamm, wobei mindestens ein Behälter mit Eigendrehung als Planet auf einer Planetenbahn umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter in dem die Feinkorngemenge aufnehmenden Bereiche eine Wölbung (14) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen aufrecht stehenden Behälter (8).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß sich die Wölbung mindestens bis zum oberen Schnittpunkt der Badspiegelebene mit dem Behälter (8) erstreckt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Austrag über den oberen Behälterrand.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen bis zum oberen Behälterrand abgerundeten Behälter.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter von einem Auffangbehälter umgeben ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Schälrohr oder eine Spirale als Austrag.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine zumindest annähernd mittige Beschickung des Behälters.