DE3734881A1 - Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von grobkoernigen und agglomerierten pigmentpartikeln aus einer grobkoernige, agglomerierte und feinkoernige pigmentpartikel enthaltenden suspension - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum abtrennen von grobkoernigen und agglomerierten pigmentpartikeln aus einer grobkoernige, agglomerierte und feinkoernige pigmentpartikel enthaltenden suspension

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtren­ nen von grobkörnigen und agglomerierten Pigment­ partikeln aus einer grobkörnige, agglomerierte und feinkörnige Pigmentpartikel enthaltenden Suspension durch Sedimentation unter Schwerkraft.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In der Chemiefaser-Industrie werden Pigmente, wie Titandioxid, hauptsächlich zur Mattierung von Fäden (Filamenten) eingesetzt.
Für diesen Anwendungszweck ist es wichtig, daß die Pigmentpartikel feinkörnig sind, da
  • - grobkörnige und agglomerierte Pigmentpartikel sich beim Spinnen der Fäden in den Spinndüsen­ garnierungen festsetzen können, was zu einem unerwünschten Druckanstieg in der Spinnappara­ tur führt mit u.a. der Folge, daß ein Spinndü­ senwechsel vorgenommen werden muß,
  • - grobkörnige und agglomerierte Pigmentpartikel zu einer Verschiebung des Remissionsmaximums zu höheren Wellenlängen und damit zu einer Gelbstichigkeit, führen
  • - grobkörnige und agglomerierte Pigmentpartikel infolge der Abnahme der Lichtstreuung zu einer Vergrauung führen und
  • - grobkörnige und agglomerierte Pigmentpartikel eine festigkeitsmindernde Wirkung auf die Fi­ lamente haben können.
Nun bestehen jedoch die der Chemiefaser-Industrie von der Pigmentindustrie gelieferten pulverför­ migen Pigmentsendungen - herstellungsbedingt - aus einem Gemisch von groben und feinen Pigment­ teilchen.
Ferner werden in der Chemiefaser-Industrie Pig­ mente den Ausgangsmaterialien der Fäden, wie Polymeren, vor dem Spinnen in Form einer Suspension zugegeben. Innerhalb einer solchen Suspension können jedoch die feinen Pigmentteilchen (Primär­ teilchen) zu verhältnismäßig großen, groben Sekun­ därteilchen agglomerieren.
Eine Suspension einer von der Pigmentindustrie gelieferten Pigmentsendung enthält daher grobe, agglomerierte und feine Pigmentteilchen. Da zur Mattierung von Fäden - wie zuvor erwähnt - nur feine Pigmentteilchen eingesetzt werden können, müssen also die groben und agglomerierten Pigment­ partikel aus einer solchen Suspension abgetrennt werden.
Nach einem nicht druckschriftlich belegten, in­ tern bekannten Stand der Technik werden grobkör­ nige und agglomerierte Pigmentpartikel aus einer grobkörnige, agglomerierte und feinkörnige Pig­ mentpartikel enthaltenden Suspension - durch Sedimentation unter Schwerkraft - wie folgt ab­ getrennt:
Eine wäßrige Suspension aus grobkörnigen, agglo­ merierten und feinkörnigen Pigmentpartikeln (Titandioxid-Partikeln) wird von oben in einen zylindrischen Sedimentationsbehälter mit einer Höhe von 860 mm und einem Durchmesser von 895 mm eingeleitet. Dieser Behälter besteht aus einem - zylindrischen - Mantel, einem Deckel mit einer Einlaßöffnung für die Pigmentsuspension und einem Boden, der mit einer Auslaßöffnung zur Abführung der grobkörnigen und agglomerierten Pigmentparti­ kel und einer Auslaßvorrichtung zur Abführung der feinkörnige Pigmentpartikel enthaltenden Suspension versehen ist. Die Auslaßvorrichtung besteht aus einem in den Behälter etwa 50 mm hineinragenden Stutzen mit Innengewinde - in dessen oberen Bereich - und einem in diesen Stutzen einschraubbaren Rohr, mit dem der Stutzen ver­ schlossen ist.
Man läßt die Suspension etwa 24 Stunden zum Ab­ setzen der grobkörnigen und agglomerierten Pig­ mentpartikel in den unteren Bereich des Behälters, und zwar unterhalb der oberen Kante des Stutzens stehen. Danach wird das Rohr, das durch den Deckel des Behälters hindurchragt und demnach von außen handhabbar ist, aus dem Stutzen heraus­ geschraubt, so daß die hauptsächlich feinkörnige Pigmentpartikel enthaltende Suspension durch den Stutzen nach unten aus dem Behälter abfließen kann; im unteren Bereich des Behälters verbleibt demnach - unterhalb der oberen Kante des Stutzens - die hauptsächlich grobkörnige und agglomerierte Pigmentpartikel enthaltende Suspension. Nach 6 Chargen wird der Behälter durch Ausspülen mit Wasser gereinigt.
Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung ist jedoch, daß
  • - auf Grund der vorgegebenen Verweilzeit von 24 Stunden lediglich die grobkörnigen und agglo­ merierten Pigmentpartikel mit einem relativ großen Partikeldurchmesser, beispielsweise von etwa 2,5 µm, zu 100% abgetrennt werden kön­ nen,
  • - durch das Ausspülen eine große Menge Abfall aus Wasser und Pigmentpartikeln anfällt und
  • - das Verfahren nur diskontinuierlich durchführ­ bar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zum Ab­ trennen von grobkörnigen und agglomerierten Pig­ mentpartikeln aus einer grobkörnige, agglomerier­ te und feinkörnige Pigmentpartikel enthaltenden Suspension zu schaffen,
  • - mit dem gegenüber dem bekannten Verfahren bei gleicher Durchsatzmenge grobkörnige und agglo­ merierte Pigmentpartikel mit einem kleineren Partikeldurchmesser, beispielsweise von etwa 1,0 µm, zu 100% abgetrennt werden können,
  • - bei dem kein Ausspülen notwendig ist und
  • - das kontinuierlich durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art, durch die im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.
Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 5 und 6 angegeben.
Die Erfindung weist folgende Vorteile auf:
  • - Bei gleichem Durchsatz wie beim bekannten Ver­ fahren ermöglicht die Erfindung die Abtrennung von grobkörnigen und agglomerierten Pigmentpar­ tikeln mit kleinerem Partikeldurchmesser, wo­ durch man also Pigmente mit sehr feinem Korn gewinnt;
  • - das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich konti­ nuierlich durchführen;
  • - es ist kein Ausspülen mehr notwendig, wodurch weitaus weniger Abfallwasser anfällt als beim bekannten Verfahren.
Zwar ist der Einsatz von sogenannten Lamellen­ klärern oder Lamellenabscheidern
  • - zur Abtrennung von Schlamm aus Rohwasser, wie Oberflächenwasser oder Kühlwasser, also zur Ge­ winnung von Reinwasser - vgl. Umwelt und Technik 1984, 7 (Jun.), Seite 18 - sowie
  • - zur Abscheidung von mikrobiellen Zellen - vgl. Biotechnology and Bioengineering 1984, 26 (6), Seiten 640 bis 641 -
bekannt, nicht jedoch auf dem völlig anderen tech­ nischen Gebiet der Chemiefaser-Industrie zur Ab­ trennung von grobkörnigen und agglomerierten Pig­ mentpartikeln aus einer grobkörnige, agglomerier­ te und feinkörnige Pigmentpartikel enthaltenden Suspension, i.e. zur Gewinnung von feinkörnigen Pigmentpartikeln für Mattierungszwecke.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeich­ nungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; bei dieser Figur ist eine Seitenwand des Beckens zur besseren Dar­ stellung der parallelen, geneigt angeordneten Plat­ ten nur teilweise eingezeichnet.
Fig. 2 zeigt die perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Zulauf­ einrichtung mit Verteilrohren verbunden ist, die innerhalb und im unteren Bereich des Beckens im wesentlichen horizontal verlaufen und mit Bohrun­ gen zur Einleitung der grobkörnige, agglomerier­ te und feinkörnige Pigmentpartikel enthaltenden Suspension in das Becken versehen sind (vgl. An­ spruch 6); bei dieser Figur ist eine Seitenwand des Beckens zur besseren Darstellung der Platten und der Verteilrohre ebenfalls nur teilweise ein­ gezeichnet.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zeigt ein rechteckiges Becken 1, in dem sich feststehende, parallel zueinander und unter einem Winkel von etwa 50° zur Horizontalen geneigt angeordnete Plat­ ten 2 befinden.
Das Becken 1 ist in seinem unteren Bereich 4 trich­ terförmig ausgebildet.
Das Becken 1 weist eine Zulaufeinrichtung 3 auf, die in den unteren Bereich 4 dieses Beckens 1 mündet, zur Zuführung der grobkörnige, agglomerier­ te und feinkörnige Pigmentpartikel enthaltenden Suspension zum Becken 1.
Das Becken 1 weist ferner eine Ablauf- bzw. Über­ laufeinrichtung 5 im oberen Bereich 6 des Beckens 1 zur Abführung der hauptsächlich feinkörnige Pig­ mentpartikel enthaltenden Suspension aus dem Becken 1 auf.
Im oberen Bereich 6 des Beckens 1 ist außerdem eine Platte 9 vorgesehen, mit der der Raum dieses Beckens 1, der frei von den Platten 2 ist, oben abgedeckt (verschlossen) ist. Diese Platte 9 dient dazu, daß eine Kurzschlußströmung der Suspen­ sion aus dem unteren Bereich 4 des Beckens 1 ver­ mieden wird und somit die hauptsächlich feinkör­ nige Pigmentpartikel enthaltende Suspension, die an der Oberseite der Platten 2 hervortritt, über diese Platte 9 zur Ablauf- oder Überlaufeinrich­ tung 5 geleitet wird.
Schließlich ist das Becken 1 in seinem unteren Bereich 4 noch mit einer Abflußeinrichtung 7 zur Abführung der hauptsächlich grobkörnige und agglo­ merierte Pigmentpartikel enthaltenden Suspension aus diesem Becken 1 versehen.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, allerdings mit dem Unterschied, daß die Zulaufeinrichtung 3 mit Verteilrohren 8 verbunden ist, die innerhalb und im unteren Be­ reich 4 des Beckens 1 im wesentlichen horizontal - und gemäß Fig. 2 im wesentlichen parallel zu­ einander - verlaufen. Die Verteilrohre 8 sind mit Bohrungen zur Einleitung der grobkörnige, agglo­ merierte und feinkörnige Pigmentpartikel enthal­ tenden Suspension in das Becken 1 versehen.
Mit Hilfe der in Fig. 1 dargestellten erfindungs­ gemäßen Vorrichtung wurden grobkörnige und agglo­ merierte Titandioxid-Partikel aus einer grobkör­ nige, agglomerierte und feinkörnige Titandioxid- Partikel enthaltenden wäßrigen Suspension abge­ trennt. Dazu wurde die erfindungsgemäße Vorrich­ tung wie folgt gestaltet:
Das Becken 1 war aus Edelstahlblechen gefertigt und hatte folgende Innenmaße: eine Höhe von 1000 mm, eine Länge von ebenfalls 1000 mm und eine Breite von 400 mm.
Die im Becken 1 befindlichen Platten 2 bestanden ebenfalls aus Edelstahlblech und waren feststehend, parallel zueinander und unter einem Winkel von 50° zur Horizontalen geneigt angeordnet. Die Plat­ ten 2 hatten jeweils eine Länge von 500 mm, eine Breite von 400 mm und jeweils einen senkrechten Abstand zueinander von 11,5 mm.
Mit Hilfe einer Dispergiereinrichtung wurde aus Titandioxid-Pulver des Typs LW-S, Modifikation Anatas, der Firma Sachtleben, Duisburg, Bundes­ republik Deutschland, und entsalztem Wasser eine Suspension hergestellt.
Die Dichte des Titandioxids betrug 3900 kg/m3, die des Wassers 1000 kg/m3.
Die Leitfähigkeit (der elektrische Leitwert) des Wassers betrug 0,25 µS.
Die Konzentration der Suspension betrug etwa 22 Massen-% (Gewichts-%) und 6 Volumen-%.
Die Suspension wurde über die Zulaufeinrichtung 3 dem Becken 1 ständig zugeführt und von unten nach oben zwischen den Platten 2 durch dieses Becken 1 geleitet.
Nachdem das Becken 1 mit Suspension gefüllt war, wurde ein Teil der Suspension über die Abflußein­ richtung 7 und der andere Teil der Suspension über die Überlaufeinrichtung 5 aus dem Becken 1 abgeführt. Die Regulierung der Suspensionsmenge, die über die Überlaufeinrichtung 5 aus dem Becken 1 abgeführt wurde, erfolgte über die Mengen an Suspension, die über die Zulaufeinrichtung 3 dem Becken 1 zuge­ führt und über die Abflußeinrichtung 7 aus dem Becken 1 abgeführt wurden. Die Menge an Suspen­ sion, die über die Überlaufeinrichtung 5 aus dem Becken 1 abgeführt wurde, betrug 0,4 m3/24 h. Nach 12 Stunden stellte sich ein stationärer Zu­ stand der Art ein, daß
  • - über die Überlaufeinrichtung 5 eine hauptsäch­ lich feinkörnige Pigmentpartikel enthaltende Suspension aus dem Becken 1 abgeführt wurde und
  • - über die Abflußeinrichtung 7 eine hauptsächlich grobkörnige und agglomerierte Pigmentpartikel enthaltende Suspension aus dem Becken 1 abge­ führt wurde.
Zur Beurteilung der über die Überlaufeinrichtung 5 aus dem Becken 1 abgeführten, hauptsächlich fein­ körnige Pigmentpartikel enthaltenden Suspension wurde damit ein Filtrationstest durchgeführt. Dieser Filtrationstest erfolgte in Anlehnung an den in der Filtrationstechnik allgemein üblichen Handfilterplatten-Versuch: Die Suspension wurde mit Hilfe einer Vakuumvorrichtung durch ein Metall­ gewebefilter mit der Maschenweite von 5 µm und einer Fläche von 20 cm2 gesaugt.
Als Maß für die Feinkörnigkeit der in der Suspen­ sion vorhandenen Pigmentpartikel diente diejenige Feststoffmenge im Filtrat, die bis zum vollstän­ digen Verstopfen des Metallgewebefilters erhalten wurde; diese betrug 7000 g.
Zum Vergleich wurde mit einer hauptsächlich fein­ körnige Pigmentpartikel enthaltenden Suspension, die nach dem in der Beschreibungseinleitung erwähn­ ten Verfahren entsprechend dem Stand der Technik gewonnen wurde, ebenfalls der zuvor geschilderte Filtrationstest durchgeführt.
Bei diesem Vergleichsbeispiel wurde von der glei­ chen Ausgangssuspension und der gleichen (Durch­ satz)menge, nämlich 0,4 m3/24 h, an gewonnener Suspension ausgegangen.
Nach Durchführung des Filtrationstests wurde hier­ bei eine Feststoffmenge von lediglich 400 g im Filtrat gemessen.
Der Vergleich der Meßwerte , nämlich 7000 g und 400 g, zeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegen­ über dem bekannten Verfahren eine wesentlich bes­ sere Abtrennung von grobkörnigen und agglomerier­ ten Pigmentpartikeln erreicht wird.

Claims (7)

1. Verfahren zum Abtrennen von grobkörnigen und agglomerierten Pigmentpartikeln aus einer grobkör­ nige, agglomerierte und feinkörnige Pigmentparti­ kel enthaltenden Suspension durch Sedimentation unter Schwerkraft, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Suspension von unten nach oben durch ein Becken geleitet wird, in dem sich feststehende, parallel zueinander und unter einem Winkel von < 90° zur Horizontalen geneigt angeordnete Plat­ ten befinden, und anschließend
  • - im oberen Bereich des Beckens die dort dann hauptsächlich feinkörnige Pigmentpartikel ent­ haltende Suspension aus diesem Becken abgeführt wird,
  • - im unteren Bereich des Beckens die dort dann hauptsächlich grobkörnige und agglomerierte Pigmentpartikel enthaltende Suspension aus die­ sem Becken abgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß grobkörnige und agglomerierte Titan­ dioxid-Partikel aus einer grobkörnige, agglome­ rierte und feinkörnige Titandioxid-Partikel ent­ haltenden Suspension abgetrennt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Suspension eine wäßrige Suspension ist.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie im wesentlichen ein Becken (1) umfaßt, in dem sich feststehende, parallel zueinander und unter einem Winkel von < 90° zur Horizontalen geneigt angeordnete Platten (2) befinden, wobei das Becken (1) mit
  • - einer Zulaufeinrichtung (3), die in den un­ teren Bereich (4) des Beckens (1) mündet, zur Zuführung der grobkörnige, agglomerierte und feinkörnige Pigmentpartikel enthaltenden Suspension zum Becken (1),
  • - einer Ablauf- oder Überlaufeinrichtung (5) im oberen Bereich (6) des Beckens (1) zur Ab­ führung der hauptsächlich feinkörnige Pigment­ partikel enthaltenden Suspension aus dem Becken (1),
  • - einer Platte (9) im oberen Bereich (6) des Beckens (1), mit der der Raum des Beckens (1), der frei von Platten (2) ist, oben abgedeckt ist, zur Vermeidung einer Kurzschlußströmung der Suspension aus dem unteren Bereich (4) des Beckens (1) und zur Überleitung der haupt­ sächlich feinkörnige Pigmentpartikel enthal­ tenden Suspension zur Ablauf- oder Überlauf­ einrichtung (5) und
  • - einer Abflußeinrichhtung (7) im unteren Be­ reich (4) des Beckens (1) zur Abführung der hauptsächlich grobkörnige und agglomerierte Pigmentpartikel enthaltenden Suspension aus dem Becken (1)
versehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Platten (2) unter einem Winkel von 40 bis 60° zur Horizontalen geneigt angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufeinrichtung (3) mit Verteilrohren (8) verbunden ist, die inner­ halb und im unteren Bereich (4) des Beckens (1) im wesentlichen horizontal verlaufen und mit Bohrungen zur Einleitung der grobkörnige, agglo­ merierte und feinkörnige Pigmentpartikel enthal­ tenden Suspension in das Becken (1) versehen sind.
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