DE4314939C1 - Verfahren zur Trennung von spezifisch schweren Feststoff-Feinpartikeln aus Emulsionen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von spezi­ fisch schweren Feststoff-Feinpartikeln, insbesondere Metal­ len, aus einem Eingangsprodukt in Form schlammiger oder kleb­ riger Emulsionen, insbesondere Öl-Wasser-Emulsionen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In der stahlerzeugenden Industrie fällt sog. Walzzunder an. Er entsteht bei der Walzbehandlung von Stahl und Eisenpro­ dukten bzw. bei der Kühlung dieser Produkte innerhalb des Walzvorganges mit spezifischen Ölen, Wasser und Emulsionen. Der Walzzunder hat schlammigen Charakter und besteht aus ei­ nem Gemisch in wechselnder Zusammensetzung von Ei­ sen-Legierungspartikeln, Ölen und Wasser, wobei die Ei­ sen-/Legierungspartikel feine und feinste Partikelgrößen mit teilweise blättriger Form aufweisen.

Um den Metallanteil des Walzzunders sinnvoll zu nutzen, wird er bei einem bekannten Verfahren in der Erzaufbereitung (Sin­ terstraße) vor dem Hochofen dosiert dem Erzstrom beigemischt und in der Sinterstraße zerkleinert, getrocknet und vorer­ hitzt. Bei der Trocknung und Erhitzung sondert der Walzzunder Öldämpfe ab, die leicht entzündbar sind. Bei den früher übli­ chen Abgasreinigungsanlagen der Sinterstraßen, die als sog. Zyklonentstaubungen ausgebildet waren, konnte keine Entzün­ dung des Abgases auftreten.

Im Zuge der Verbesserung des Umweltschutzes wurden die Abgas­ reinigungsanlagen der Sinterstraßen auf Elektrofilter umgerü­ stet. Durch Funkenschlag in den Elektrofiltern kann es aber zu einer unkontrollierten Entzündung der Öldämpfe im Abgas kommen. So sind bereits zahlreiche Brand- und Explosionsschä­ den entstanden. Eine Wiederverwendung des Walzzunders in sei­ nem ursprünglichen Zustand ist deshalb zur Zeit nicht mög­ lich.

Eine Wiederverwendung des Walzzunders bedingt eine vorherige Aufbereitung derart, daß die aufbereitete Metallkomponente nur einen geringen entzündlichen Ölanteil aufweist. Der Grenzwert liegt hier beispielsweise in der Größenordnung kleiner/gleich 0,2 Gewichtsprozente.

Für die Aufbereitung von Walzzunder sind bereits thermische Verfahren vorgeschlagen worden, bei denen eine direkt befeu­ erte Erhitzung und Verbrennung des Ölanteils erfolgt. Derar­ tige Verfahren sind wegen des hohen Aufwandes zur Erstellung entsprechender Anlagen und wegen der erforderlichen aufwendi­ gen Abgasreinigung sehr kostenaufwendig. Darüber hinaus un­ terliegt die Durchführung derartiger abgaserzeugender, ther­ mischer Verfahren strengen Umweltbestimmungen und Genehmi­ gungsverfahren, die zu einer zusätzlichen Verteuerung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine zur Durchführung des Verfah­ rens geeignete Vorrichtung zu schaffen, welches bzw. welche die Herstellung der beispielhaft genannten Ölgrenzwerte er­ möglicht, keine thermischen, abgaserzeugenden Verfahrens­ schritte aufweist und mit dementsprechend geringeren Umwelt­ auflagen arbeiten und somit preiswerter betrieben werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in dem Kennzeich­ nungsteil des Patentanspruches 1 genannten Maßnahmen. Die Un­ teransprüche enthalten zweckmäßige Ausgestaltungen dieses Verfahrens und beschreiben eine zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Trennung in ei­ nem kontinuierlich arbeitenden Verfahren durch Zugabe eines flüssigen Mediums, vorzugsweise ausschließlich Wasser, zu dem zu trennenden Eingangsprodukt durchzuführen, wobei die Tren­ nung dadurch erfolgt, daß eine die aufzutrennende Emulsion enthaltende kontinuierliche Produktströmung erzeugt wird, in welcher ein Absinken der spezifisch schweren Feststoff-Fein­ partikel erfolgt, und daß der Absenkbereich (Sedimentations­ bereich) und/oder der sich stromabwärts der Produktströmung daran anschließende Bereich von einer quer zu der Pro­ duktströmung gerichteten Fluidströmung (ebenfalls vorzugs­ weise Wasser) überlagert wird. Diese quergerichtete Fluid­ strömung nimmt einen Teil der Produktströmung mit und führt diesen Teil zu einem Querströmungsablauf, während für die Produktströmung selbst ein Produktablauf vorgesehen ist. Der Teil der Produktströmung, der von der Fluidströmung mitgenom­ men wird, ist der obere Teil bzw. der der Oberfläche zuge­ wandte Teil der Produktströmung, welcher die abgesunkenen spezifisch schweren Feststoff-Feinpartikel nicht (mehr) ent­ hält. Dies wird dadurch realisiert, daß die Fluidströmung die ihrer Zuführungsseite gegenüberliegende Endseite der seitli­ chen Begrenzung der Produktströmung überflutet. In Analogie zur Mechanik könnte man den Vorgang als "Schertrennung" des die abgesunkenen spezifisch schweren Feststoff-Feinpartikel enthaltenden Teils der Produktströmung von dem diese spezi­ fisch schweren Feststoff-Feinpartikel nicht mehr enthaltenden Teil der Produktströmung bezeichnen.

In zweckmäßiger Ausgestaltung kann einerseits vorgesehen sein, daß der Vorgang der "Schertrennung" kontinuierlich mehrfach hintereinander erfolgt, derart, daß die die seitli­ che Begrenzung der Produktströmung überflutende Fluidströmung in eine oder mehrere weitere Sekundär-Produktströmungen und eine deren entsprechende seitliche Begrenzung bzw. Begrenzun­ gen überflutende Rest-Fluidströmung aufgeteilt wird. Zusätz­ lich oder alternativ kann vorgesehen sein, daß ein im ersten Durchgang nicht getrennter Anteil von schweren Feststoff- Feinpartikeln kontinuierlich dem Eingangsprodukt des Verfah­ rens wieder beigemischt wird, wobei kein vorheriger Entzug des Wassers erforderlich ist. Der Prozeßablauf ist kontinu­ ierlich und kann für beliebig große Durchsatzmengen konzi­ piert werden. Die Wasserkomponente kann umweltschonend größtenteils im Kreislauf gefahren werden. Ölbehaftete Über­ schußmengen an Wasser können problemlos einleitfähig aufbe­ reitet oder den bei der stahlerzeugenden Industrie ggf. vor­ handenen Aufbereitungsanlagen zugeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet, die geforderten Ölgrenzwerte in der feuchten Metallkomponente zu liefern, er­ zeugt kein Abgas und arbeitet umweltfreundlich.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung ei­ nes Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung des Gesamtablaufs eines Verfahrens gemäß der Erfindung;

Fig. 2 Eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des eigentlichen Trennvorganges.

In Fig. 1 ist mit 1 eine dosierte Zugabe von Walzzunder als Schlamm bezeichnet. Eine schematisch dargestellte Dosierein­ richtung trägt die Bezugsziffer 2. Weiter in Fig. 1 mit dem entsprechenden Symbol dargestellte Dosiereinrichtungen tragen keine gesonderte Bezugsziffer. Dem Walzzunder wird Primärwas­ ser 3 aus einer Wasservorlage dosiert beigegeben. Der Walz­ zunder 1 und das Primärwasser 3 werden einem mit 4 bezeichne­ ten Mischbehälter zugeführt. Ein dosierter Abzug des Misch­ gutes aus Walzzunder und Primärwasser ist mit 5 bezeichnet. Dieses Mischgut wird einem Eintritt 6 (Fig. 2) eines insge­ samt mit 7 bezeichneten Trennkörpers zugeführt. Der Aufbau des Trennkörpers 7 wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 weiter unten näher erläutert. Einem Eintritt 8 des Trennkörpers wird dosiert Sekundärwasser 9 aus einer Wasservorlage zugeführt. Einem Eintritt 10 wird außerdem Fluidwasser 11 aus einer Was­ servorlage dosiert zugeführt. Der Trennkörper 7 ist durch Wirkung eines Schwingungserzeugers 12 in Richtung des Doppel­ pfeils 13 hin- und herbewegbar, wodurch dem Trennungskörper eine oszillierende Bewegung aufgegeben werden kann.

Sich in dem Verfahrensverlauf an dem Trennkörper 7 ergebende Trennzonen sind mit I, II und III bezeichnet. I ist eine Ab­ laufzone für die Bestandteile Metallkomponente/Wasser, II ist eine Ablaufzone für die Bestandteile Was­ ser/Restöl/Restmetallkomponente und die Zone III ist eine Ab­ laufzone für die Bestandteile Öl/Restwasser. Die Ablaufkompo­ nente aus der Ablaufzone I (Metallkomponente/Wasser) ist mit 14 bezeichnet und wird einem mit 15 bezeichneten Absetzer zu­ geführt. Die Ablaufkomponente aus der Ablaufzone II (Was­ ser/Restöl/Restmetallkomponente) ist mit 16 bezeichnet und wird einem mit 17 bezeichneten Absetzer zugeführt. Die Ab­ laufkomponente aus der Ablaufzone III (Öl/Restwasser) ist mit 18 bezeichnet und wird einem Absetzer 19 hinzugeführt. Aus den Absetzern 15, 17 und 19 erfolgt in Pfeilrichtung 20 ein dosierter Abzug von Wasser zu einer Wasservorlage (nicht dargestellt). Aus dem Absetzer 17 erfolgt in Pfeilrichtung 21 ein dosierter Abzug der Mischung Metallkomponente/Öl/Wasser zu der Walzzunderzugabe 1. Mit 22 ist ein Abzug der wäßrigen Ölkomponente aus dem Absetzer 19 bezeichnet, der zu einer (nicht dargestellten) Aufbereitungsanlage führt. Mit 23 ist ein Abzug der feuchten Metallkomponente bezeichnet.

Der in Fig. 2 dargestellte Trennkörper 7 weist eine Trennflä­ che 24 auf, welche länglich ausgebildet ist und gegenüber der Horizontalebene in Längsrichtung in einem Winkel α und in der Querebene in einem Winkel β angeordnet ist, so daß die Trenn­ fläche 24 "über Eck" schräg zur Horizontalen angeordnet ist. Wie bereits erwähnt, kann die Trennfläche 24 in Richtung des Doppelpfeils 13 in eine Schwingungsbewegung versetzt werden. Die Trennfläche 24 weist Rückhaltewulste 25, 26, 27, 28 und 29 auf. Auf der dem Rückhaltewulst 25 in Längsrichtung gegen­ überliegenden Seite ist eine sich über die Trennfläche 24 nach oben erstreckende Zugabeeinrichtung 30 vorgesehen, wel­ che eine sich quer zu der Trennfläche 24 nach oben erstrec­ kende Wand 31 aufweist. Auf diese Weise sind auf der Trenn­ fläche 24 mehrere sich in Längsrichtung erstreckende Kanäle gebildet, und zwar ein Strömungskanal 32 für die Produktströ­ mung sowie Strömungskanäle 33, 34, 35 und 36 für Sekundär- Produktströmungen. Dem Strömungskanal 32 wird das Mischgut 5 (Walzzunder/Primärwasser) zugeführt. Dieses Mischgut tritt in den Strömungskanal 32 durch einen Auslauf 37 ein. Oberhalb des Auslaufes 37 wird dem Strömungskanal 32 das Sekundärwas­ ser 9 zugeführt (Auslauf 38). Hierdurch bildet sich eine mit 39 bezeichnete Produktströmung. Der Produktströmung 39 wird eine Fluidströmung in Pfeilrichtung 40 überlagert. Diese wird dadurch erzeugt, daß das Fluidwasser 11 aus Ausläufen 41 aus­ tritt und den gegenüberliegenden Rückhaltewulst 25 (und die sich daran anschließenden weiteren Rückhaltewulste) überflu­ tet.

Der Trennvorgang erfolgt auf folgende Weise:

Der Walzzunder 1 kann fett (hoher Ölanteil) oder mager (nied­ riger Ölanteil) sein. Nach seinem Magerkeitsgrad bemißt sich die Zugabemenge an Primärwasser in den Mischer 4. Das Misch­ gut 5 wird dann dosiert abgezogen und zusammen mit einer Se­ kundärwassermenge 9 auf die oszillierend bewegte Trennfläche 24 aufgegeben. Durch Zugabe des Sekundärwassers wird er­ reicht, daß sich eine Produktströmung 39 des Mischgutes 5 mit dem Sekundärwasser in Längsrichtung des Strömungskanals 32 auf der Trennfläche 24 ausbildet.

Da dem Walzzunder Wasser zugegeben ist, kann sich in der Pro­ duktströmung 39 in einem Sedimentationsbereich der spezifisch schwerere Metallanteil nach unten absenken. Durch die Oszil­ lationsbewegung in Richtung des Doppelpfeils 13 wird er­ reicht, daß gleichwohl ein Transport des Gemisches Sekundär­ wasser 9 und Mischgut 5 durch den Strömungskanal 32 in Strö­ mungsrichtung erfolgt.

Der eigentliche Trennvorgang wird durch das Fluidwasser 11 hervorgerufen, welches in Strömungsrichtung 40 die Pro­ duktströmung 39 überfließt und den Rückhaltewulst 25 (und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch die weiteren Rück­ haltewulste) überflutet. Dabei bildet sich eine "trennende Scherströmung" zwischen dem Fluidwasser 11 und dessen Haupt­ strömungsrichtung 40 und der Produktströmung 39 aus. Diese wird durch die Schwingbewegung 13 und die Längsneigung und die Querneigung der Trennfläche 24 gegenüber der Horizontalen unterstützt.

Die Oberfläche der Trennfläche 24 ist mit einem Kunststoff- Gummi-Gemisch überzogen, das eine Kolloidbildung der feinen und feinsten Metallpartikel trotz ihrer teilweisen blättrigen Form verhindert und einen freien Durchfluß in der gewünschten Längsrichtung für die Metallpartikel gewährleistet.

Auf der Trennfläche 24 bilden sich bei dem dargestellten Aus­ führungsbeispiel im wesentlichen drei Zonen aus, und zwar:
Zone I für die Metallkomponente/Wasser, vornehmlich Primär- und Sekundärwasser, sowie die
Zone II für Wasser/Restölkomponente/Restmetallkomponente und die
Zone III für die wäßrige Ölkomponente.

Die ablaufenden Komponenten 14, 16 und 18 werden durch die Auffang- bzw. Absetzbehälter 15, 17, 19 getrennt aufgefangen. In den Behältern setzt sich die jeweils enthaltene Wasserkomponente je nach Art der Flüssigkeit/des Gemisches oben/in der Mitte/unten ab. Das Wasser wird dosiert pro Be­ hälter abgezogen (Wasserabzug 20) und in eine Wasservorlage geleitet, aus der sich die Zugaben Primärwasser, Sekundärwas­ ser und Fluidwasser speisen, so daß auf diese Weise ein Was­ serkreislauf gebildet wird.

Aus dem Absetzbehälter 15 kann die gereinigte, ölarme Metall­ komponente nach unten abgezogen werden (Bezugsziffer 23). Die ungetrennte Menge an Wasser/Restöl/Restmetallkomponente 16 (Zone II) wird nach Wasserentzug wieder der Walzzunderaufgabe 1 zur neuerlichen Trennung zugeführt (Bezugsziffer 21). Die verbleibende, wäßrige Ölkomponente aus dem Behälter 19 wird nach Wasserentzug zur Weiterverarbeitung aus dem Prozeß ent­ nommen (Bezugsziffer 22).

Claims (13)

1. Verfahren zur Trennung von spezifisch schweren Feststoff- Feinpartikeln, insbesondere Metallen, aus einem Ein­ gangsprodukt in Form schlammiger oder klebriger Emulsio­ nen, insbesondere Öl-Wasser-Emulsionen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Eingangsprodukt in einem ein Absinken der spezifisch schweren Feststoff-Feinpartikel ermögli­ chenden flüssigen Zustand kontinuierlich einer in ihrer Breite begrenzten Produktströmung derart unterworfen wird, daß in einem Sedimentationsbereich der Produktströ­ mung ein Absinken der spezifisch schweren Feststoff-Fein­ partikel erfolgt, und daß die Produktströmung in einen Produktablauf mündet, und daß die Produktströmung in dem Sedimentationsbereich und/oder stromabwärts der Pro­ duktströmung kontinuierlich von einer von einer Längs­ seite der Produktströmung zugeführten und quer zu der Produktströmung gerichteten Fluidströmung überlagert wird, die auf der der Zuführseite gegenüberliegenden Längsseite in wenigstens einen die seitliche Begrenzung der Produktströmung überflutenden Querströmungsablauf mündet, wobei die die seitliche Begrenzung überflutende Fluidströmung kontinuierlich im wesentlichen die oberhalb der abgesunkenen spezifisch schweren Feststoff-Feinparti­ kel vorhandenen Bestandteile aus der Produktströmung mit­ nimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktströmung in Strömungsrichtung einer oszillie­ renden Bewegung unterworfen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsprodukt durch Zuführung von Primärwasser in einen fließfähigen Zustand gebracht wird, und daß die Produktströmung durch Zuführung von Sekundärwasser be­ wirkt wird, und daß die Fluidströmung durch quer zur Pro­ duktströmung gerichtete Zuführung von Wasser zu dem Ein­ gangsprodukt erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die die seitliche Begrenzung der Pro­ duktströmung überflutende Fluidströmung in wenigstens eine weitere Sekundär-Produktströmung und eine deren ent­ sprechende seitliche Begrenzung überflutende Rest-Fluid­ strömung aufgeteilt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der abgeführten Fluidströmung noch vorhandene spezifisch schwere Feststoff-Feinpartikel erneut der Produktströmung zugeführt werden, wobei dem zurückgeführten Medium vorher kein Wasseranteil entzogen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das bei dem Verfahren eingesetzte Was­ ser größtenteils im Kreislauf gefahren wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Trennfläche (24) wenigstens ein Strömungskanal (32) für die Produktströmung (39) vorgesehen ist, der auf ei­ ner Längsseitenbegrenzung wenigstens eine Zuführungsöff­ nung (41) für die Fluidströmung (40) aufweist, und dessen gegenüberliegende seitliche Begrenzung durch einen Rück­ haltewulst (25) gebildet wird, und daß sich an die Trenn­ fläche (24) in Strömungsrichtung der Produktströmung (39) und unterhalb des Rückhaltewulstes (25) ein Produktablauf (14) anschließt, und daß für die den Rückhaltewulst (25) überflutende Fluidströmung (40) wenigstens ein Fluidströ­ mungsablauf (16) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Trennfläche (24) zusätzlich zu dem Strömungskanal (32) wenigstens ein weiterer Strömungskanal (33 bzw. 34, 35, 36) parallel dazu angeordnet ist, welcher beidseitig durch Rückhaltewulste (25, 26 bzw. 26, 27 bzw. 27, 28 bzw. 28, 29) begrenzt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Trennfläche (24) auf der Oberfläche eines Trennkörpers (7) angeordnet ist, und der Trennkörper (7) mit einer Einrichtung (12) zur Erzeugung einer in Längs­ richtung des Strömungskanals (32) gerichteten Schwingung (13) in Verbindung steht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trennfläche (24) sowohl in Längs­ richtung des Strömungskanals (32) als auch quer zur Längsrichtung des Strömungskanals (32) in einem spitzen Winkel (α bzw. β) zur Horizontalen angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückhaltewülste (25, 26, 27, 28, 29) in Strömungsrichtung der Produktströmung (39) unter­ schiedlich lang ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Trennfläche (24) eine eine Kolloidbildung der Feststoffpartikel vermei­ dende Beschichtung aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem Kunststoff-Gummi-Gemisch be­ steht.