EP0642651A1 - Verfahren zur entwässerung von feinteiligen feststoffsuspensionen. - Google Patents

Verfahren zur entwässerung von feinteiligen feststoffsuspensionen.

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EP0642651A1 EP93912772A EP93912772A EP0642651A1 EP 0642651 A1 EP0642651 A1 EP 0642651A1 EP 93912772 A EP93912772 A EP 93912772A EP 93912772 A EP93912772 A EP 93912772A EP 0642651 A1 EP0642651 A1 EP 0642651A1
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dialkyl carbonates
finely divided
divided solid
dewatering
solid suspensions
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    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
    • F26B5/005—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by dipping them into or mixing them with a chemical liquid, e.g. organic; chemical, e.g. organic, dewatering aids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S210/00—Liquid purification or separation
    • Y10S210/928—Paper mill waste, e.g. white water, black liquor treated

Definitions

  • the invention relates to a process for dewatering finely divided solid dispersions, in which dialkyl carbonates are used as auxiliaries.
  • surfactants are suitable as auxiliaries for dewatering finely divided solid suspensions containing water, in particular iron ore concentrates, quartz sands or hard coal, by means of which the residual moisture can be reduced.
  • Dialkyl sulfosuccinates [US Pat. No. 2,266,954] and nonionic surfactants of the fatty alcohol polyglycol ether type [Erzmetall 30, 292 (1977)] have been described, for example, as surfactant dewatering aids of the type mentioned above.
  • these surfactants have the disadvantage of considerable foam formation, which in particular leads to considerable problems in the treatment plants which are usually used to circulate the water.
  • German published patent application DE-Al-39 18 274 (Hen ⁇ kel) discloses alkyl end-capped ⁇ -hydroxyalkyl ethers, so-called hydroxymethyl ethers, which are produced by ring opening of alpha-olefin epoxides with fatty alcohol ethoxylates and as low-foam auxiliaries in the dewatering of solid suspensions be used.
  • hydroxymethyl ethers which are produced by ring opening of alpha-olefin epoxides with fatty alcohol ethoxylates and as low-foam auxiliaries in the dewatering of solid suspensions be used.
  • the invention relates to a process for the dewatering of finely divided solid suspensions, in which dialkyl carbonates of the formula (I) are used as auxiliaries,
  • R 1 and R ⁇ independently of one another for alkyl and / or alkenyl radicals having 1 to 22 carbon atoms and
  • n and n are independently 0 or numbers from 1 to 10
  • dialkyl carbonates to be used according to the invention have a significantly better foam and cold behavior, in particular lower pour points, with comparably good, e.g. T. even have slightly improved application properties.
  • Dialkyl carbonates are known substances which can be obtained by the relevant methods of preparative organic chemistry. For their preparation, one can start with, for example, dimethyl carbonate, but preferably diethyl carbonate, and this by transesterification with an appropriate alcohol or alcohol ethoxylate in the presence of basic catalyst Submit sensors [cf. Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, 4. Ed., Vol.E4, p.66ff].
  • Suitable dialkyl carbonates for the purposes of the invention are, for example, mono- and di-transesterification products of dimethyl carbonate and in particular diethyl carbonate with saturated and / or unsaturated primary alcohols with 6 to 22 carbon atoms and their adducts with 1 to 10 moles of ethylene oxide.
  • dialkyl carbonates of the formula (I) are preferred in which R 1 for alkyl radicals with 8 to 18 carbon atoms, R ⁇ for alkyl radicals with 2 or 8 to 18 carbon atoms and n and m for 0 or numbers from 2 to 7.
  • the dialkyl carbonates of the formula (I) must be water-dispersible. It is possible that water dispersibility is not satisfactory in cases in which low values of the degree of ethoxylation are opposed by n or m long-chain radicals R 1 and / or R ⁇ . However, the required water dispersibility can easily be achieved by using the Value for n or m increased within the range mentioned above.
  • dialkyl carbonates to be used according to the invention can be used individually; for the dewatering of certain solids, however, it can be advantageous to combine products of different chain lengths or different degrees of ethoxylation with one another in order to exploit synergies in their physicochemical properties. In the same way, it can be advantageous to use the internal hydroxy mixed ethers in combination with other known ionic and / or nonionic drainage aids.
  • dialkyl carbonates to be used according to the invention support the dewatering of solid suspensions, are readily biodegradable, have little foam and are characterized by low pour points. They are therefore suitable for dewatering suspensions of various solids, such as iron ore concentrates, quartz sand, hard coal or coke. Another important area of application is the use of the dialkyl carbonates to be used according to the invention as aids in the dewatering of solid suspensions, which are used in waste paper processing, e.g. B. in the de-inking process or filler flotation.
  • the dialkyl carbonates are used in amounts of 10 to 500, preferably 100 to 400 and in particular 150 to 350 g, based on solids content, per ton of solid.
  • Quartz sand of the following grain size was used for the drainage tests:
  • the tests were carried out in a cup centrifuge, with which centrifuge parameters from 15 to 2000 can be achieved.
  • Perforated plates with sieve openings of 0.1 x 2 mm were used as the sieve covering.
  • the drainage aids were used in aqueous solutions; all concentration data are based on the solids content of these solutions.

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Abstract

Feinteilige Feststoffsuspensionen lassen sich entwässern, indem man als Hilfsmittel Dialkylcarbonate der Formel (I) einsetzt, in der R?1 und R2¿ unabhängig voneinander für Alkyl- und/oder Alkenylreste mit 1 bis 22 Kohlenstoffatome und m und n unabhängig voneinander für 0 oder Zahlen von 1 bis 10 stehen. Die Hilfsmittel sind biologisch leicht abbaubar, extrem schaumarm und zeichnen sich durch einen niedrigen Stockpunkt aus.

Description

Verfahren zur Entwässerung von feinteiligen FeststoffSuspensionen
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwässerung fein- teiliger Feststoffdispersionen, bei dem man Dialkylcarbonate als Hilfsmittel einsetzt.
Stand der Technik
In zahlreichen Industriezweigen, z.B. im Bergbau oder in Klärwerken, fallen große Mengen an stark wasserhaltigen, feinteiligen Feststoffen an, die vor der Weiterverarbeitung oder Deponierung entwässert werden müssen. So ist z.B. die Entwässerung von Steinkohle bzw. Koks ein zentraler Prozeß innerhalb der Aufbereitung von Brennstoffen auf Kohlebasis. Dabei können die vom Markt geforderten oberen Grenzwerte für den Wassergehalt dieser Materialien oft nur schwer eingehal¬ ten werden, da z.B. geförderte Steinkohle aufgrund der weit¬ gehenden Mechanisierung des untertägigen Kohleabbaus sehr feinkörnig anfällt. Zur Zeit bestehen etwa 38 % der Rohför¬ derung aus Feinkohle mit einem Teilchendurchmesser im Bereich von 0,5 bis 10 mm; weitere 14 % bestehen aus Feinstkohle mit einem darunter liegenden Teilchendurchmesser.
Es ist bekannt, daß als Hilfsmittel zur Entwässerung von was¬ serhaltigen feinteiligen FeststoffSuspensionen, insbesondere Eisenerzkonzentraten, Quarzsanden oder Steinkohlen, durch die die Restfeuchte herabgesetzt werden kann, manche Tenside ge¬ eignet sind. Als tensidische Entwässerungshilfsmittel der vorstehend genannten Art sind beispielsweise Dialkylsulfo- succinate [US-2 266 954] und nichtionische Tenside vom Typ der Fettalkoholpolyglycolether [Erzmetall 30 , 292 (1977)] beschrieben worden. Diese Tenside sind jedoch mit dem Nach¬ teil einer erheblichen Schaumbildung behaftet, die insbeson¬ dere bei der üblicherweise angewendeten Kreislaufführung des Wassers in den Aufbereitungsbetrieben zu erheblichen Proble¬ men führt.
Aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE-Al-39 18 274 (Hen¬ kel) sind alkyl-endgruppenverschlossene ß-Hydroxyalkylether, sogenannte Hydroxymisehether, bekannt, die durch Ringöffnung von alpha-Olefinepoxiden mit Fettalkoholethoxylaten herge¬ stellt und als schaumarme Hilfsmittel in der Entwässerung von FeststoffSuspensionen eingesetzt werden. Obschon mit diesen Mitteln in der Feststoffentwässerung gute Ergebnisse erzielt werden, weisen sie den Nachteil eines unbefriedigenden Käl¬ teverhaltens auf. Insbesondere bei Außenlagerung kann es schon bei Temperaturen von 10 bis 15°C zur Bildung von Kri¬ stallen kommen, wodurch das Pump- und Fließverhalten dieser Produkte und damit ihre bestimmungsgemäße Verwendung erheb¬ lich beeinträchtigt wird. Die Aufgabe der Erfindung bestand somit darin, ein Verfahren zur Entwässerung von FeststoffSuspensionen zur Verfügung zu stellen, das frei von den geschilderten Nachteilen ist.
Beschreibung; der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Entwässerung von feinteiligen FeststoffSuspensionen, bei dem man als Hilfsmittel Dialkylcarbonate der Formel (I) einsetzt,
Rl-(OCH2CH2)n-0-C-0-(CH2CH20)m-R2 (I)
in der
R1 und R^ unabhängig voneinander für Alkyl- und/oder Alke¬ nylreste mit 1 bis 22 Kohlenstoffatome und
m und n unabhängig voneinander für 0 oder Zahlen von 1 bis 10
stehen.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Dialkylcarbonate gegenüber den Hilfsmitteln des Stands der Technik ein deutlich besseres Schaum- und Kälteverhalten, insbesondere niedrigere Stockpunkte, bei vergleichbar guten, z. T. sogar leicht verbesserten anwen¬ dungstechnischen Eigenschaften aufweisen. Dialkylcarbonate stellen bekannte Stoffe dar, die nach den einschlägigen Methoden der präparativen organischen Chemie erhalten werden können, Zu ihrer Herstellung kann man bei¬ spielsweise von Dimethyl-, vorzugsweise aber Diethylcarbonat ausgehen und dieses einer Umesterung mit einem entsprechenden Alkohol bzw. Alkoholethoxylat in Gegenwart basischer Kataly¬ satoren unterwerfen [vgl. Houben-Weyl, Methoden der Organi¬ schen Chemie, 4 . Aufl., Bd.E4, s.66ff].
Als Dialkylcarbonate, die im Sinne der Erfindung eingesetzt werden können, kommen beispielsweise Mono- und Di-Umeste- rungsprodukte von Dimethylcarbonat und insbesondere Diethyl¬ carbonat mit gesättigten und/oder ungesättigten primären Al¬ koholen mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen sowie deren Addukte mit 1 bis 10 Mol Ethylenoxid in Betracht. Im Hinblick auf geringe Schaumentwicklung und niedrige Stockpunkte sind Di¬ alkylcarbonate der Formel (I) bevorzugt, in der R1 für Al- kylreste mit 8 bis 18 Kohlenstoff tome, R^ für Alkylreste mit 2 oder 8 bis 18 Kohlenstoffatomen und n und m für 0 oder Zahlen von 2 bis 7 stehen. Als besonders vorteilhaft haben sich solche Dialkylcarbonate erwiesen, die über eine kurze und eine lange Alkylgruppe verfügen, beispielsweise Mono- Umesterungsprodukte des Diethylcarbonats.
Entsprechend ihrer erfindungsgemäßen Verwendung müssen die Dialkylcarbonate der Formel (I) wasserdispergierbar sein. Es ist möglich, daß eine befriedigende Wasserdispergierbarkeit in den Fällen nicht gegeben ist, in denen niedrigen Werten des Ethoxylierungsgrades n bzw. m langkettige Reste R1 und/ oder R^ gegenüberstehen. Die geforderte Wasserdispergierbar¬ keit läßt sich jedoch problemlos erreichen, indem man den Wert für n bzw. m innerhalb des vorstehend genannten Berei¬ ches erhöht.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Dialkylcarbonate können einzeln eingesetzt werden; für die Entwässerung bestimmter Feststoffe kann es jedoch vorteilhaft sein, Produkte unter¬ schiedlicher Kettenlänge bzw. unterschiedlichen Ethoxylie- rungsgrades miteinander zu kombinieren, um Synergien ihrer physikochemisehen Eigenschaften auszunutzen. In gleicher Weise kann es vorteilhaft sein, die innenständigen Hy- droxymischether in Kombination mit weiteren bekannten io¬ nischen und/oder nichtionischen Entwässerungshilfsmitteln einzusetzen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die erfindungsgemäß einzusetzenden Dialkylcarbonate unter¬ stützen die Entwässerung von FeststoffSuspensionen, sind biologisch leicht abbaubar, schaumarm und zeichnen sich durch niedrige Stockpunkte aus. Sie eignen sich daher zur Entwäs¬ serung von Suspensionen verschiedenster Feststoffe, wie bei¬ spielsweise Eisenerzkonzentrate, Quarzsand, Steinkohle oder Koks. Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet stellt die Ver¬ wendung der erfindungsgemäß einzusetzenden Dialkylcarbonate als Hilfsmittel bei der Entwässerung von FeststoffSuspensio¬ nen dar, die bei der Altpapieraufbereitung, z. B. beim De- inking-Prozeß oder der Füllstoffflotation anfallen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens setzt man die Dialkylcarbonate in Mengen von 10 bis 500, vorzugsweise 100 bis 400 und insbesondere 150 bis 350 g - bezogen auf Feststoffgehalt - pro Tonne Feststoff ein.
Die folgenden Beispiele sollen den Gegenstand der Erfindung näher erläutern, ohne ihn darauf einzuschränken.
Beispiele
Eingesetzte Dialkylcarbonate (DAC
R1-(OCH2CH2)n-0-C-0-(CH2CH20)m-R2
Tab.1; Zusammensetzung
A9 wurde auf Basis eines technischen, gesättigten C15/19- Talgfettalkohols (Lorol(R) T, lodzahl < 5, Fa.Henkel KGaA, Düsseldorf, FRG), AlO auf Basis eines technischen, ungesät¬ tigten Fettalkohols gleicher Kettenlänge (HD-Ocenol(R) 50/55, lodzahl = 52, Fa.Henkel KGaA, Düsseldorf, FRG) hergestellt. II. Entwässerungsversuche in der Becherzentrifuσe
Für die Entwässerungsversuche wurde Quarzsand der folgenden Körnung verwendet:
< 125 um : 2,8 Gew.-%
125 bis 200 um : 26,4 Gew.-%
200 bis 315 μm : 60,1 Gew.-%
> 315 μm : 10,7 Gew.-%
Durchgeführt wurden die Versuche in einer Becherzentrifuge, mit der Zentrifugenkennwerte von 15 bis 2000 realisierbar sind. Als Siebbelag wurden Lochplatten mit Sieböffnungen von 0,1 x 2 mm verwendet. Die Entwässerungshilfsmittel wurden in wäßrigen Lösungen eingesetzt; alle Konzentrationsangaben verstehen sich bezogen auf den Feststoffgehalt dieser Lö¬ sungen.
Nach Einwaage des Quarzsandes in die Zentrifugenbecher wurden die wäßrigen Lösungen der Entwässerungshilfsmittel zugegeben und gleichmäßig verteilt. Nach einer Abtropfzeit von 1 min wurde der Feststoff über einen Zeitraum von 30 s bei einer Drehzahl von 500 Upm entwässert. Anschließend wurden die feuchten Feststoffe ausgewogen, bei 100°C bis zur Gewichts¬ konstanz getrocknet und die Restfeuchte in %-rel. bestimmt. Alle Versuchsergebnisse stellen Mittel von Doppelbestimmungen dar. Die Ergebnisse sind in Tab.2 zusammengefaßt. Tab.2; Entwässerungsversuche in der Becherzentrifuge
Legende: DAC = Dialkylcarbonat
E = Einwaage g Dialkylcarbonat/t Feststoff

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Entwässerung von feinteiligen Feststoff- suspensionen, bei dem man als Hilfsmittel Dialkylcarbo¬ nate der Formel (I) einsetzt.
Rl-(OCH2CH2)n-0-C-0-(CH2CH20)ιn-R2 (I)
in der
R1 und R2 unabhängig voneinander für Alkyl- und/oder Alkenylreste mit 1 bis 22 Kohlenstoffatome und
und n unabhängig voneinander für 0 oder Zahlen von 1 bis 10
stehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Dialkylcarbonate der Formel (I) einsetzt, in der R1 für Alkylreste mit 8 bis 18 Kohlenstoffatome, R2 für Alkylreste mit 2 oder 8 bis 18 Kohlenstoffatomen und n und m für 0 oder Zahlen von 2 bis 7 stehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Suspensionen von Eisenerzkonzentraten, Quarzsand, Steinkohle oder Koks entwässert.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dialkylcarbonate in Mengen von 10 bis 500 g pro Tonne Feststoff einsetzt.
5. Verwendung von Dialkylcarbonaten der Formel (I) als Hilfsmittel bei der Entwässerung von feinteiligen Fest¬ stoffSuspensionen, insbesondere bei der Altpapieraufbe- reitung.
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