EP0642833B1 - Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation - Google Patents

Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation Download PDF

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EP0642833B1
EP0642833B1 EP94110775A EP94110775A EP0642833B1 EP 0642833 B1 EP0642833 B1 EP 0642833B1 EP 94110775 A EP94110775 A EP 94110775A EP 94110775 A EP94110775 A EP 94110775A EP 0642833 B1 EP0642833 B1 EP 0642833B1
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EP
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flotation
suspension
air
vessel
clarification chamber
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Herbert Britz
Alexander Peschl
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Voith Paper Fiber and Environmental Solutions GmbH and Co KG
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Voith Sulzer Stoffaufbereitung GmbH
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    • B03D1/00—Flotation
    • B03D1/14—Flotation machines
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
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    • B03D1/14—Flotation machines
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B03D1/1493—Flotation machines with means for establishing a specified flow pattern
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    • B04C3/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct
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    • B04C3/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B03D1/14—Flotation machines
    • B03D1/1443—Feed or discharge mechanisms for flotation tanks
    • B03D1/1475—Flotation tanks having means for discharging the pulp, e.g. as a bleed stream
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B03D1/14—Flotation machines
    • B03D1/24—Pneumatic
    • B03D1/245—Injecting gas through perforated or porous area

Definitions

  • the invention relates to a method for separating solids by Flotation from a suspension according to the preamble of claim 1 and to one Device for performing the method.
  • Methods of the type mentioned are used to get out of a suspension at least to excrete a portion of the solid particles suspended therein. The goal this can be done either by removing unwanted components of the suspension or the clarification of polluted wastewater.
  • one Flotation is a foam or floating sludge containing the substances to be separated educated.
  • a typical application for the use of such a method is Preparation of a suspension made of printed waste paper, in which the Ink particles are already detached from the fibers, making them selective let float (deinking flotation).
  • EP-A-0 198 737 shows a flotation device for a process of specified type, in which the suspension during flotation is a Performs rotational movement.
  • the devices shown in this publication however, contain annular partitions through which the rotating suspension during the flotation is slowed in its axial movement and guided radially inwards. By this measure and mostly also in that a deflection of the Suspension, viewed axially, is made, the reinforcement takes place Centrifugal fields, however, optimal flotation is not possible.
  • Another flotation device is known from DE-A-33 06 600, which already use the acceleration field caused by the rotational movement of the suspension can.
  • the flotation foam is there from an overhead pipe Flotation device removed while the cleaned suspension flows off at the bottom.
  • Such current routing is also common with hydrocyclones. she leads to a disproportionate increase in centrifugal acceleration Center of the container in the form of a potential vortex.
  • WO-A-91/15302 describes a variety of different cylindrical Separating devices shown and described, in which with the help of magnets or electrostatic fields a separation process is to be applied. Doing so only the supplementary application of flotation processes in such devices mentioned, whereby their effect seems insignificant. A highly effective one Flotation processes are not shown in this document.
  • the invention had for its object to provide a method which Use of a centrifugal field an even better separation of the suspended Solid particles or the use of relatively compact flotation devices or both allowed.
  • the method according to the invention takes place in the flotation space - viewed axially - no change in the direction of foam transport. This will target the Avoid formation of a potential vortex.
  • the method is as follows carried out that a transport of the floated shares substantially parallel to Rotation axis 5 and in the same direction as that of the superimposed movement 4 (Arrows 6).
  • the floated portions collected in this way are removed from clarification room 1 dissipated, indicated here by the arrows 7, usually together with free, from the air escaping from the suspension foam, arrow 10.
  • For flotation required air is either added to the fabric at the inlet, arrow 9, and / or through Openings in the clarification room 1 during the actual flotation, arrows 9 '.
  • Fig. 2 shows a simplified section through a flotation tank 12 with which the Procedure can be performed.
  • An inlet 13 and an outlet 14 can be seen (shown offset here) and the sludge pipe 15.
  • 13 a turbulence generating device 17 may be present, here as a step diffuser formed in the air in the vicinity of the step jump through an air line 16th is pumped in or sucked in.
  • step diffusers one above the other in the vertical direction, in the radial direction Direction only one intended.
  • Turbulence generation with the help of step diffusers also when entering flotation machines, is known per se, but offers in Connection with the other features of the method according to the invention special advantages. This is related to the task, in the smallest possible space to achieve the best possible flotation effect. Therefore, controlled micro-vertebrae and a force field increased by rotational movement of great benefit.
  • Fig. 3 shows the apparatus of Fig. 2 as a view from above and in particular does tangential inlet 13 and outlet 14 visible.
  • FIG. 4 shows a slightly conical rather than a cylindrical one Flotation tank 12 '.
  • a measure can Rotational motion can be accelerated without adding more energy, which about friction losses could be compensated. It can also be assumed that the total volume of the air flowing out into the center of the flotation tank Suspension becomes lower.
  • Fig. 5 shows part of another suitable for performing the method Flotation device, namely the area of the sludge pipe 15 '.
  • This is as concentric double tube formed so that two different fractions of im central part of the flotation container can be removed. It can be particularly advantageous to concentrate as much as possible Foam fraction 21 separately from a foam / suspension mixed fraction 22 deduct. A further separation step would then result from the latter To win usable things, e.g. unintentionally removed paper fibers.
  • Such a module unit can essentially consist of flotation tanks, as already described.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation aus einer Suspension gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Verfahren der genannten Art werden verwendet, um aus einer Suspension zumindest einen Teil der darin suspendierten Feststoffteilchen auszuscheiden. Die Zielsetzung hierzu kann entweder die Entfernung von unerwünschten Bestandteilen der Suspension oder die Klarung von verschmutztem Abwasser sein. Bekanntlich wird bei einer Flotation ein die auszuscheidenden Stoffe enthaltender Schaum oder Schwimm-Schlamm gebildet.
Ein typischer Anwendungsfall für die Verwendung eines derartigen Verfahrens ist die Aufbereitung von einer aus bedrucktem Altpapier hergestellten Suspension, in der die Druckfarben-Partikel bereits von den Fasern abgelöst sind, so daß sie sich selektiv ausflotieren lassen (Deinking-Flotation).
Die EP-A-0 198 737 zeigt eine Flotationsvorrichtung für ein Verfahren der angegebenen Art, in der also die Suspension wahrend der Flotation eine Rotationsbewegung ausführt. Die in dieser Publikation gezeigten Vorrichtungen enthalten jedoch ringförmige Trennwände, durch die die rotierende Suspension während der Flotation in ihrer Axialbewegung gebremst und radial nach innen geführt wird. Durch diese Maßnahme und zumeist auch dadurch, daß zusätzlich eine Umlenkung der Suspension, axial betrachtet, vorgenommen wird, erfolgt zwar eine Verstärkung der Zentrifugalfelder, eine optimale Flotation ist so jedoch nicht möglich.
Aus der DE-A-33 06 600 ist eine weitere Flotationsvorrichtung bekannt, die bereits das durch Rotationsbewegung der Suspension verursachte Beschleunigungsfeld benutzen kann. Der Flotationsschaum wird dort durch ein obenliegendes Rohr aus der Flotationsvorrichtung entfernt, während die gereinigte Suspension unten abfließt. Das bedeutet eine Aufteilung der einfließenden Strömung in, axial gesehen, entgegengesetzt gerichtete Teilströme. Eine solche Stromführung ist auch bei Hydrozyklonen üblich. Sie führt zu einem überproportionalen Ansteigen der Zentrifugalbeschleunigung zur Behältermitte hin in Form eines Potentialwirbels.
In der WO-A-91/15302 wird eine Vielzahl von verschiedenen zylindrischen Trennvorrichtungen gezeigt und beschrieben, bei denen mit Hilfe von Magneten oder elektrostatischen Feldern ein Trennverfahren angewandt werden soll. Dabei wird lediglich die ergänzende Anwendung von Flotationsverfahren in derartigen Geräten erwähnt, wobei ihre Wirkung unbedeutend erscheint. Ein hochwirksames Flotationsverfahren wird in dieser Schrift nicht dargestellt.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches unter Ausnutzung von einem zentrifugalfeld eine noch bessere Abtrennung den suspendierten Feststoffleilchen oder die Verwendung relativ kompakter Flotationsvorrichtungen oder beides gestattet.
Diese Aufgaben werden durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
In den Unteransprüchen werden besonders vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt im Flotationsraum - axial betrachtet - keine Umlenkung der Transportrichtung des Schaumes. Dadurch wird gezielt die Ausbildung eines Potentialwirbels vermieden.
In dem Bereich, wo sich der flotierte Stoff sammelt, wird so eine ungestörte Axialströmung des Schaumes in Richtung zum Schaumaustrag ermöglicht. Es können kaum noch störende Wirbel im Bereich der Trennung von Schaum und Suspension entstehen. Dieser Bereich ist besonders kritisch für die Reinheit des Flotations-Gutstoffes.
Die Erfindung wird erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1
schematisch die wichtigsten Verfahrensschritte;
Fig. 2
schematisch eine geschnitten dargestellte mögliche Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;
Fig. 3
eine Aufsicht des in Fig. 2 gezeigten Gegenstandes;
Fig. 4
eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;
Fig. 5
einen variierten Schaumaustrag.
Fig. 1 zeigt mit gestrichelten Linien einen Klärraum 1, in den die Suspension 2 zugeführt wird. Die Suspension führt anschließend eine Rotationsbewegung, angedeutet durch den Pfeil 3 um die Achse 5 aus. Der Rotationsbewegung 3 wird eine weitere Bewegung, dargestellt durch die Pfeile 4, überlagert, welche im wesentlichen parallel zur Rotationsachse 5 verlaufen. Infolge des bekannten Mechanismus bei der Flotation steigen die flotierten Stoffe zusammen mit Luftblasen entgegen der Wirkung eines Schwerefeldes auf. Da das Schwerefeld als Zentrifugalfeld infolge der Rotationsbewegung 3 entsteht, bewegen sich die flotierten Anteile radial nach innen. Im radial inneren Bereich des Klärraumes 1 findet also die Ansammlung des Flotationsschaumes statt, wobei sich eine mehr oder weniger scharfe Grenze 8 zwischen dem Flotationsschaum und der daraus ausgetretenen Luft bildet. Erfindungsgemäß wird das Verfahren so durchgeführt, daß ein Transport der flotierten Anteile im wesentlichen parallel zur Rotationsachse 5 und in derselben Richtung wie die der überlagerten Bewegung 4 erfolgt (Pfeile 6). Die so gesammelten flotierten Anteile werden aus dem Klärraum 1 abgeführt, hier durch die Pfeile 7 angedeutet, in der Regel zusammen mit freier, aus dem Suspensionsschaum ausgetretenen Luft, Pfeil 10. Der Teil der Suspension, aus dem die flotierten Anteile entfernt sind, tritt aus dem Klärraum aus, Pfeil 11. Zur Flotation benötigte Luft wird entweder dem Stoff beim Einlauf zugegeben, Pfeil 9, und/oder durch Öffnungen im Klärraum 1 während der eigentlichen Flotation, Pfeile 9'.
Fig. 2 zeigt vereinfacht den Schnitt durch einen Flotationsbehälter 12, mit dem das Verfahren ausgeführt werden kann. Man erkennt einen Einlauf 13 und einen Auslauf 14 (hier versetzt gezeichnet) sowie das Schlammrohr 15. Mit Vorteil kann im Einlauf 13 eine Turbulenzerzeugungsvorrichtung 17 vorhanden sein, hier als Stufendiffusor ausgebildet, in den in der Nähe des Stufensprunges Luft durch eine Luftleitung 16 zugepumpt oder angesaugt wird. Um einen möglichst breiten flachen Strahl zu erzeugen, sind in senkrechter Richtung mehrere Stufendiffusoren übereinander, in radialer Richtung nur einer vorgesehen. Die Turbulenzerzeugung mit Hilfe von Stufendiffusoren, auch beim Einlauf in Flotationsapparate, ist zwar an sich bekannt, bietet aber im Zusammenhang mit den übrigen Merkmalen des erfindungsgemäßen Verfahrens besondere Vorteile. Das hängt mit der Aufgabe zusammen, auf möglichst kleinem Raum eine möglichst gute Flotationswirkung zu erzielen. Daher sind kontrollierte Mikro-Wirbel und ein durch Rotationsbewegung erhöhtes Kraftfeld von großem Nutzen.
Fig. 3 zeigt den Apparat der Fig. 2 als Ansicht von oben und macht insbesondere den tangentialen Einlauf 13 und Auslauf 14 sichtbar.
Fig. 4 zeigt im Gegensatz zu Fig. 2 keinen zylindrischen sondern einen leicht konischen Flotationsbehälter 12'. Bekanntlich kann durch eine solche Maßnahme die Rotationsbewegung beschleunigt werden, ohne weitere Energie zuzuführen, wodurch etwa Reibungsverluste ausgeglichen werden könnten. Ferner ist davon auszugehen, daß durch ausgeströmte Luft in die Mitte des Flotationsbehälters das Gesamtvolumen der Suspension geringer wird. Als weitere Variationsmöglichkeit, nicht unbedingt an die konische Form des Flotationsbehälters gebunden, ist die Belüftung der Suspension während der Flotation durch einen Luftkasten 18, an den ein Luftanschluß 19 angebracht ist. Natürlich müssen in so einem Falle geeignete Schritte unternommen werden, um im Bereich der Wandung 20 einen Eintritt der Luft in die Suspension zu ermöglichen, z.B. durch poröse oder gelochte Ausführungen.
Fig. 5 zeigt einen Teil einer weiteren zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Flotationsvorrichtung, und zwar den Bereich des Schlammrohres 15'. Dieses ist als konzentrisches Doppelrohr ausgebildet, so daß zwei verschiedene Fraktionen von im mittleren Teil des Flotationsbehälters angesammeltem Stoff abgezogen werden können. Es kann nämlich von besonderem Vorteil sein, eine möglichst konzentrierte Schaumfraktion 21 separat von einer Schaum/Suspensions-Mischfraktion 22 abzuziehen. Aus Letzterer wäre dann durch einen weiteren Trennschritt noch Verwertbares zu gewinnen, wie z.B. unbeabsichtigt abgeführte Papierfasern.
Die Strömungsführung in dem Sinne, daß am oberen Teil des Flotationsbehälters eingeführt und am unteren Teil sowohl der Schaum als auch die gereinigte Suspension abgeführt wird, ist nicht zwingend. Auch eine gerade umgekehrte Strömungsführung ist denkbar und in besonderen Fällen von Vorteil.
Es ist ohne weiteres vorstellbar, eine Anzahl von Flotationsbehältern zu Modulen zusammenzusetzen, wodurch sich die gestellte Aufgabe einer kompakten Anordnung der gesamten Flotationsanlage noch besser lösen läßt. Eine solche Moduleneinheit kann im wesentlichen aus Flotationsbehältern, wie bereits beschrieben, bestehen.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Abtrennen von Feststoffen aus einer Suspension durch Flotation in einem im wesentlichen zylindrischen Klärraum (1), wobei die Suspension während der Flotation eine Rotationsbewegung (3) ausführt, der sich eine weitere Bewegung (4) überlagert, die sich im wesentlichen in einer Richtung der Rotationsachse (5) erstreckt, wobei sich die flotierten Anteile radial nach innen und außerdem im wesentlichen ebenfalls in der Richtung der Rotationsachse (5) bewegen und wobei der Auslauf der Suspension (11) aus dem Klärraum (1) tangential erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Suspension während der Flotation innerhalb des zylindrischen Klärraumes (1) rotiert, ohne radial nach innen geführt zu werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der zugeführten Suspension (2), wie an sich bekannt, dicht am Einlauf in den Klärraum (1) Mikroturbulenzen erzeugt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Einlauf der Suspension (2) tangential erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Flotation benötigte Luft (9) gemeinsam mit der Suspension in den Klärraum (1) gelangt.
  5. Verfahren nach Anspruch 2 und 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Flotation benötigte Luft (9) im Bereich der Mikroturbulenzen zugemischt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Flotation benötigte Luft (9') im Klärraum (1) der Suspension zugegeben wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die zu flotierende Suspension (2) gelöste Luft enthält und zur Flotation benötigte Luftblasen durch Druckabfall in der Suspension erzeugt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß flotierte Anteile in mehreren Fraktionen (21, 22) aus dem Klärraum abgeführt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Fraktion (22) Stoffe enthält, die in einem nachgeschalteten Verfahrensschritt abgetrennt werden.
  10. Flotationsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche mit einem im wesentlichen rotationssymmetrischen, im Betrieb senkrecht stehenden Flotationsbehälter (12,12'), mindestens einem tangentialen Einlauf (13) für die zuzuführende Suspension, Mitteln (16,17,18,19) zur Erzeugung und Verteilung von Luftblasen, mindestens einem tangentialen Auslauf (14) für die abzuführende Suspension sowie im zentralen Bereich des Flotationsbehälters (12,12') mindestens einem Schaumrohr (15, 15') für die flotierten Anteile, das, axial betrachtet, an der Seite des Flotationsbehälters (12,12') angeordnet ist, an der sich auch der Auslauf (14) befindet,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Flotationsbehälter (12,12') zwischen Einlauf (13) und Auslauf (14) frei ist von radial sich erstreckenden Zwischenwänden.
  11. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Flotationsbehälter (12,12') kreiszylindrisch ist.
  12. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sich der Flotationsbehälter (12,12') zum Auslauf hin verjüngt.
  13. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sich im Bereich des Einlaufes (13) ein Turbulenzerzeuger (17) befindet.
  14. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Turbulenzerzeuger (17) ein sich sprunghaft erweiternder Stufendiffusor ist.
  15. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Flotation benötigte Luft in den Turbulenzerzeuger (17) zuführbar ist.
  16. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Flotation benötigte Luft aus einem Luftkasten (18) durch einen durchlässigen Wandungsabschnitt (20) des Flotationsbehälters (12,12') radial in diesen einführbar ist.
  17. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Flotation benötigte Luftblasen mit Hilfe einer vor dem oder im Einlauf (13) befindlichen Drossel durch Drucksenkung in der Suspension erzeugbar sind.
  18. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Verhältnis des größten Innendurchmessers des Schaumrohres (15,15') zum größten Innendurchmesser des Flotationsbehälters (12,12') größer als 0,6 ist.
  19. Flotationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Schaumrohr (15') mehrere, insbesondere zwei konzentrische, sich axial im wesentlichen deckende Rohre aufweist, so daß mehrere, insbesondere zwei verschiedene Fraktionen mit flotiertem Stoff ausgeleitet werden können.
  20. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß wenigstens aus einem, insbesondere dem radial außenliegenden, der durch die konzentrischen Rohre gebildeten Räume ein tangentialer Auslauf besteht.
EP94110775A 1993-09-10 1994-07-12 Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation Expired - Lifetime EP0642833B1 (de)

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DE4330635A DE4330635C2 (de) 1993-09-10 1993-09-10 Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen durch Flotation und Flotationsvorrichtung

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