EP1193342B1 - Säulen-Flotationsvorrichtung - Google Patents

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EP1193342B1
EP1193342B1 EP00121044A EP00121044A EP1193342B1 EP 1193342 B1 EP1193342 B1 EP 1193342B1 EP 00121044 A EP00121044 A EP 00121044A EP 00121044 A EP00121044 A EP 00121044A EP 1193342 B1 EP1193342 B1 EP 1193342B1
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EP
European Patent Office
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set forth
flotation
flotation device
baffles
flow
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00121044A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1193342A1 (de
Inventor
Robert Heinz
Lucas Menke
Bernhard Niemczyk
George Troubounis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meri Environmental Solutions GmbH
Original Assignee
Meri Entsorgungstechnik Fuer Die Papierindustrie GmbH
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Publication date
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Priority to EP00121044A priority patent/EP1193342B1/de
Priority to AT00121044T priority patent/ATE257529T1/de
Publication of EP1193342A1 publication Critical patent/EP1193342A1/de
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Publication of EP1193342B1 publication Critical patent/EP1193342B1/de
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    • B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
    • B03D1/00—Flotation
    • B03D1/14—Flotation machines
    • B03D1/1431—Dissolved air flotation machines
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    • D21F1/66—Pulp catching, de-watering, or recovering; Re-use of pulp-water
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    • B03D1/1462—Discharge mechanisms for the froth

Definitions

  • the invention relates to a flotation device for separation of substances or mixtures of substances from suspensions for Formation of at least one substance-rich and low-substance fraction with a columnar separation tank that has a suspension inlet below as well as several obliquely arranged one above the other arranged slats, a first exit for the low-cloth Fraction and a second one arranged in the upper area Output for the high-fraction includes.
  • Such a flotation device is from the publication "Wochenblatt für Textilfabrikation", 1998, Issue 13, page 660 known.
  • Such an arrangement has compared to conventional Flotation arrangements with essentially horizontal Suspension flow the advantage of a much lower Space requirements for the installation, whereas the necessary significantly greater height is usually not critical.
  • a suspension flows along the outer walls a cylindrical container upwards, the Radial clear water between several spaced separating cones enters and exits into a central collecting line can be.
  • a disadvantage of this known arrangement is that the clear water flow an increasing due to the direction of flow Experiences flow velocity, which actually causes the particles that flow upwards and have a tendency to getting carried away. This reduces the efficiency of the Material separation.
  • Another disadvantage is that consecutive Separation processes, be it flotation processes or coupling of flotation and filtration processes requires separate installation of separate assemblies that then be closed in a row.
  • the object of the invention is to create a generic flotation device, which avoids the disadvantages mentioned above and in particular through an effective separation of the desired substances in the suspension in a low-substance and a substance-rich fraction.
  • the arrangement is also said to be compact enable functional series connection of several isolators.
  • the main advantages of the invention are that by arranging the vertical flow radially upwards and the arrangement of the fins radially outside the main flow the flow of the lean fraction is directed radially outwards and is slowing down, which is a better separation of the particles.
  • Another advantage consists in the fact that the low-fraction on the outer circumference, thus collected behind the downstream edges of the slats , which means that additional separation stages are required with a small footprint can be provided, be it as additional flotation or as filtration levels.
  • the separation tank has a circular cross-section.
  • other cross-sectional shapes are also required possible, especially a polygonal, especially triangular or square cross section.
  • the separation tank is usually cylindrical his. If there is a large accumulation due to technical reasons of the substance-rich fraction in the upper area, one can funnel-like or conical design of the main flow channel, that is, a radial reset of those further up Front slat edges should be appropriate.
  • the invention is radial at least one further arrangement outside the collecting duct several second slats provided one above the other arranged in cascade, with the collecting channel between the downstream edges of the former and the upstream edges of the second fins is formed.
  • This arrangement enables an improved separation of the suspension and in particular the derivation of a first sub-fraction after the first flotation step and the derivation of the Residual fraction after the second flotation step.
  • Inlet openings are preferably at the lower end of the collecting duct for the introduction of chemicals and / or Bubble fluid mixtures provided a selective (in particular by means of collective adsorption or hydrophobization) and / or a non-selective flotation principle for use bring to.
  • the lamellae in the form of closed conical rings A special one there is good separation of the fractions if the Slats an angle of inclination to the horizontal of 10 ° -40 °, preferably have 20 ° -30 °. It is also advantageous if the length of the lamellae in the direction of flow of the poor Fraction is 1 to 4 times the width of the through the inner edges of the fins delimited main flow channel. The distance between adjacent slats can be from below increase towards the top to accommodate the different flow and consistency ratios in the lower and upper range separation tank.
  • At least some of the slats can expediently be used be wavy, the waves in the circumferential direction run, so that this does not affect the flow the low-fraction is connected.
  • This training has the advantage of a considerably higher rigidity of the slats.
  • a particularly advantageous development of the invention provides before that at least part of the slats as multilayer, preferably honeycomb structure with two outer layers and in between arranged connection structures is formed, wherein preferably continuous flow channels between the Outer layers are formed. This results in an essential higher strength of the slats.
  • the suspension inlet comprises a feed line with a radial outlet device to generate an outflow in radial direction is connected and this from one to one centric passage, preferably conical dome is covered so that the suspension is centered over the passage enters the separation tank. In this way, one favorable introduction of the suspension into the lower area of the Separation tanks causes.
  • a first embodiment of the invention is shown schematically in axial longitudinal section, thus a flotation device 10a.
  • this essentially comprises an inflow unit 12, a material separation unit 14, a discharge unit 16 for the substance-rich fraction and a first collecting area 18 for the substance-poor fraction.
  • a second collection area 20 for solid particles is also provided.
  • a feed line 22 for the suspension to be separated which in the embodiment shown lead into several separate or one annular outlet 24 which are provided with baffle plates 26 .
  • a feed line 22 or the area of the outlets 24 there is preferably a feed line (not shown) for a liquid containing gas bubbles for a non-selective flotation and / or chemical substances for a selective flotation.
  • the material separation unit 14 is essentially formed by a cylindrical separation tank 28 , in the central area of which a vertical main flow channel 30 is formed, which leads from the inflow unit 12 to the discharge unit 16 .
  • a number of axially spaced lamellae 32 are provided one above the other, which are annularly conical and define between them a radially outward and obliquely downward flow for the low-fraction to the first collecting area 18 .
  • This annular first collecting area 18, which is formed between the wall of the separation tank 28 and the downstream edges of the fins 32 leads to a collecting space 34 arranged above the uppermost fin 32 for a first low-content fraction, in which a first collecting pipe 36 for this first low-content fraction Group is provided.
  • a simple one-stage embodiment of the invention would get along with the assemblies shown so far, the first header tube 36 in such a simple embodiment not necessarily being provided at the top but also elsewhere, for example at the bottom.
  • FIG. 1 The embodiment shown in Figure 1 includes in addition to previously discussed flotation - a filtration stage that will now be described.
  • a filter outer wall 38 is provided radially outside the wall of the separation tank 28 at a certain distance, so that an annular, essentially cylindrical filter space 40 is formed between the two.
  • the filter space is filled with a filter material, preferably sand of a certain consistency or other filter materials such as activated carbon or mixtures thereof.
  • this filter chamber 40 comprises a second collecting pipe 42 for a second low-fraction, which is obtained after a flotation and a subsequent filtration step.
  • a filter material regeneration unit 44 (not shown in more detail) is provided above the filter space 40 , which has the task of cleaning or regenerating filter material and conveying the regenerated filter material into the filter space 40 .
  • the filter material passes through the filter space 40 and arrives in a discharge duct 46, from where it is fed back to the filter material regeneration unit 44 via the schematically indicated line 48 in the used state.
  • the filter material regeneration unit 44 comprises at least one discharge line 47 for a second substance-rich fraction, which is produced by the material separation on the filter material located in the filter space 40 when it is regenerated.
  • the filter space 40 is connected via one or more connection openings 50 to the first collecting area 18 , via which the fraction enters the filter area which has already passed through the flotation area and is not discharged via the first collecting pipe 36 .
  • the discharge unit 16 essentially consists of a widening collecting duct 52 for the substance-rich fraction, which leads to one or more collecting troughs or pipes 54 .
  • one or more conveying devices 56 are provided in order to better convey the material-rich, mostly mud-shaped fraction from the collecting channel 52 into the collecting channel 54 .
  • a collection device 58 for sedimentation of heavy particles is provided below the material separation unit 14, preferably functionally combined with the inflow unit 12 , which opens into a sediment outlet 60 .
  • a suspension flows, which chemical substances and / or gas bubbles can be added to the outlets 24 and is deflected by means of the baffle plates 26 in such a way that when entering the inflow unit 12 there is first a horizontal flow which occurs when entering the main flow channel 30 changes into a radial main flow.
  • This process is supported by the conical shape of the lowest lamella 32 .
  • the type of generation and the location of the introduction of gas bubbles or the number and size of the bubbles determine the type of flotation (pressure relaxation or dispersion flotation).
  • the desired substances from the suspension separate under the action of the supplied gas bubbles and / or chemical substances on the way up into a substance-rich fraction flowing upwards and a substance-poor fraction flowing radially through the lamellae 32 .
  • the substance-rich fraction which is usually sludge-shaped, can be discharged via the collecting troughs 54 after collection in the discharge unit by means of the conveying devices 56 .
  • This substance-rich fraction can either contain undesirable substances such as ash or ink particles, in the recycling of waste paper (is then usually referred to as reject fraction) or else valuable substances, for example in the extraction of ore or minerals.
  • the fraction of poorer material branched off radially from the main flow in the main flow channel 30 reaches the first collecting area 18 after flowing through the annular spaces formed between the lamellae 32. If - unlike in the embodiment shown in FIG. 1 - no further filtration process follows - this is the desired one low-substance fraction, which is removed via the first collecting pipe 36 .
  • this partial fraction flows through the connection openings 50 into the filter space 40 and from there in the vertical direction upwards, in counterflow to the filter material flow, which is from top to bottom runs.
  • a second low-fraction can then be removed via the second collecting pipe 42 , from which the filtered-out substances are removed compared to the fraction that can be discharged via the first collecting pipe 36 , which in turn are removed from the system via the discharge line 47 .
  • the filter material circulates between the filter space 40 and the filter material regeneration unit 44. The heavy particles, for example iron parts, that occur during the separation fall into the sediment collecting device 58 and then into the sediment outlet 60.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the invention in the form of a flotation device 10b , which differs from the embodiment according to FIG. 1 in that two flotation stages are arranged one behind the other.
  • the same reference numerals designate the same components. In this regard, to avoid repetition, reference is made to the above description, insofar as this relates to the first flotation step.
  • FIG. 2 differs from that of FIG. 1 in that a second group of fins 62 is arranged radially outside the first collecting area 18 , radially outside of which a third collecting area 64 is provided.
  • first slats 32 and the second slats 62 have the same distances and inclinations, it is not necessary. Rather, the number, shape, inclination, etc. of the second slats 62 can be selected independently of that of the first slats 32 depending on the specific conditions.
  • a feed pipe 66 is provided at the lower end of the first annular collecting area 18 , through which a liquid or chemical substances mixed with gas bubbles are supplied in order to achieve certain flotation conditions in the first collecting area 18 .
  • a third collecting pipe 68 Arranged above the third collecting area 64 is a third collecting pipe 68 for collecting a second low-fraction, which, in contrast to the fraction which can be removed via the first collecting pipe 36, is further freed from substances to be separated.
  • collector pipes 36, 42, 68 any form of collector device is intended to be understood. In particular, it can also involve several pipes or openings that are provided in walls and only open into collecting pipes outside the wall.
  • FIGS. 3a and 3b show two shapes for slats 32, 62 , which are useful instead of simple flat shapes.
  • 3a shows a honeycomb structure with two outer surfaces 70a and 70b , between which connecting struts 72 are provided, the gray areas being intended to represent shadows.
  • the cavities formed between adjacent connecting struts 72 preferably form continuous lines via which part of the flow can also take place.
  • FIG. 3b shows a wave-like configuration of the fins 32, 62 , the direction of flow being indicated by an arrow, that is to say parallel to the wavefront.
  • FIG. 4 An arrangement of three successive flotation stages is shown schematically in FIG. 4, which would look similar to the embodiment of FIG. 2, except that 64 further lamellae would be radially outside the third collecting area.
  • the central axis a not shown in FIGS. 1 and 2, shows that one side is not shown completely here.
  • further slats 74 of a further flotation stage are provided in this embodiment, which preferably have a different distance between adjacent slats.
  • a fourth fourth chamber 76 Radially outside of the lamellae 74 , which is only indicated schematically, is then provided for an even lower-fraction.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flotationsvorrichtung zur Trennung von Stoffen oder Stoffgemischen aus Suspensionen zur Bildung mindestens einer stoffreichen und stoffarmen Fraktion mit einem säulenartigen Separationstank, der unten einen Suspensionseinlaß sowie mehrere übereinander angeordnete schräg angeordnete Lamellen, einen ersten Ausgang für die stoffarme Fraktion sowie einen im oberen Bereich angeordneten zweiten Ausgang für die stoffreiche Fraktion umfaßt.
Eine derartige Flotationsvorrichtung ist aus der Publikation "Wochenblatt für Papierfabrikation", 1998, Heft 13, Seite 660 bekannt. Eine derartige Anordnung besitzt gegenüber herkömmlichen Flotationsanordnungen mit im wesentlichen horizontaler Suspensionsströmung den Vorteil eines wesentlich geringeren Flächenbedarfs für die Aufstellung, wohingegen die dafür erforderliche erheblich größere Höhe meist unkritisch ist. Bei dieser Anordnung strömt eine Suspension entlang der Außenwände eines zylindrischen Behälters nach oben, wobei das Klarwasser zwischen mehreren beabstandeten Trennkonen radial nach innen in eine zentrische Sammelleitung eintritt und abgeführt werden kann. Ein Nachteil dieser vorbekannten Anordnung besteht allerdings darin, daß die Klarwasserströmung aufgrund der Strömungsrichtung nach innen eine zunehmende Strömungsgeschwindigkeit erfährt, wodurch die eigentlich nach oben strömenden, abzutrennenden Partikel eine Tendenz haben, mitgerissen zu werden. Damit sinkt der Wirkungsgrad der Stofftrennung. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß aufeinanderfolgende Trennvorgänge, sei es Flotationsvorgänge oder Kopplungen von Flotations- und Filtrationsvorgängen die separate Installation getrennter Baugruppen erfordert, die dann hintereinander geschlossen werden.
Weitere Säulen-Flotationsvorrichtungen sind aus der US 5467876 und der US 5294003 bekannt.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Flotationsvorrichtung zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile vermeidet und sich insbesondere durch eine wirksame Trennung der gewünschten Stoffe der Suspension in eine stoffarme und eine stoffreiche Fraktion auszeichnet. Darüber hinaus soll die Anordnung auch die kompakte funktionelle Hintereinanderschaltung mehrerer Trennstufen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die wesentlichsten Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß durch die Anordnung der Vertikalströmung nach radial oben und die Anordnung der Lamellen radial außerhalb der Hauptströmung die Strömung der stoffarmen Fraktion nach radial außen gerichtet ist und sich damit zunehmend verlangsamt, was eine bessere Abtrennung der Partikel bewirkt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die stoffarme Fraktion am Außenumfang, also hinter den stromabwärtigen Kanten der Lamellen gesammelt wird, wodurch mit geringem Platzbedarf weitere Trennstufen vorgesehen werden können, sei es als weitere Flotations- oder als Filtrationsstufen. Durch eine gezielte kaskadenartige Aufeinanderfolge mehrerer Trennstufen, insbesondere von Flotationsstufen unterschiedlicher Prinzipien, ( Druckentspannungs- und physikalische Selektionsverfahren) können mehrere Fraktionen unterschiedlicher Stoffgehalte erzeugt werden. Der damit verbundene zusätzliche Platzbedarf in radialer Richtung ist dabei relativ gering.
Am zweckmäßigsten hat der Separationstank kreisrunden Querschnitt. Bei Bedarf sind allerdings auch andere Querschnittsformen möglich, insbesondere ein polygonaler, vor allem dreieckiger oder quadratischer Querschnitt.
Der Separationstank wird normalerweise zylindrisch ausgebildet sein. Falls sich technisch bedingt eine große Ansammlung der stoffreichen Fraktion im oberen Bereich ergibt, kann eine trichterartige oder konische Ausbildung des Hauptströmungskanals, also eine radiale Zurücksetzung der weiter oben liegenden Lamellenvorderkanten zweckmäßig sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist radial außerhalb des Sammelkanals mindestens eine weitere Anordnung mehrerer übereinander vorgesehener zweiter Lamellen kaskadenartig angeordnet, wobei der Sammelkanal zwischen den stromabwärtigen Kanten der erstgenannten Lamellen und den stromaufwärtigen Kanten der zweiten Lamellen gebildet ist. Diese Anordnung ermöglicht eine verbesserte Trennung der Suspension und insbesondere die Ableitung einer ersten Teilfraktion nach dem ersten Flotationsschritt und die Ableitung der Restfraktion nach dem zweiten Flotationsschritt.
Dabei sind vorzugsweise am unteren Ende des Sammelkanals Einströmöffnungen für die Einleitung von Chemikalien und/oder Blasenfluidgemischen vorgesehen, um ein selektives (insbesondere mittels Sammeladsorption oder Hydrophobierung) und/oder ein nicht-selektives Flotationsprinzip zur Anwendung zu bringen.
Alternativ oder zusätzlich ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung außerhalb des Sammelkanals ein von diesem beschickter, mit Filtrationspartikeln gefüllter Filtrationsraum vorgesehen. Hierdurch ist eine Stoffabtrennung auf dem Filtrationsprinzip möglich, was nur einen sehr geringen zusätzlichen radialen Platzbedarf hat. Dabei läßt sich eine besonders wirksame Filtrierung erreichen, wenn ein Filtratauslaß und ein Filtermatieralauslaß vorgesehen sind, wobei die Filtrationspartikel im Gegenstrom zu dem Filtratstrom den Filtrationsraum durchwandern und dabei zur Regeneration entfernbar und am entgegengesetzten Ende in regenerierten Zustand erneut zugeführt werden.
Bei allen oben beschriebenen Ausführungen können vorteilhafterweise zwischen den einzelnen Flotations- und/oder Filtrationsstufen getrennte Auslässe zur Entfernung von unterschiedlichen Fraktionen vorgesehen werden.
Gemäß noch einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung haben die Lamellen die Form geschlossener konischer Ringe. Eine besonders gute Trennung der Fraktionen ergibt sich, wenn die Lamellen einen Neigungswinkel zur Horizontalen von 10°-40°, vorzugsweise 20°-30° aufweisen. Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Länge der Lamellen in Strömungsrichtung der stoffarmen Fraktion 1 bis 4 mal so groß ist wie die Breite des durch die Innenkanten der Lamellen begrenzten Hauptströmungskanals. Dabei kann der Abstand zwischen benachbarten Lamellen von unten nach oben hin zunehmen, um die unterschiedlichen Strömungs- und Konsistenzverhältnisse im unteren bzw. oberen Bereich des Separationstanks zu berücksichtigen.
Dabei kann zweckmäßigerweise zumindest ein Teil der Lamellen wellig ausgebildet sein, wobei die Wellen in Umfangsrichtung verlaufen, so daß hierdurch keine Beeinträchtigung der Strömung der stoffarmen Fraktion verbunden ist. Diese Ausbildung hat den Vorteil einer erheblich höheren Steifigkeit der Lamellen.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß zumindest ein Teil der Lamellen als mehrlagige, vorzugsweise wabenartige Struktur mit zwei Außenlagen und dazwischen angeordneten Verbindungsstrukturen ausgebildet ist, wobei vorzugsweise durchgängige Strömungskanäle zwischen den Außenlagen gebildet sind. Dadurch ergibt sich eine wesentlich höhere Festigkeit der Lamellen.
Noch eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Suspensionseinlaß eine Zuführleitung umfaßt, die mit einer Radialaustrittseinrichtung zur Erzeugung einer Ausströmung in radialer Richtung verbunden ist und diese von einem mit einem zentrischen Durchlaß versehenen, vorzugsweise kegeligen Dom bedeckt ist, so daß die Suspension über den Durchlaß mittig in den Separationstank eintritt. Auf diese Weise wird eine günstige Einleitung der Suspension in den unteren Bereich des Separationstanks bewirkt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen weiter erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1:
eine schematische Längsschnittansicht durch eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einer Flotations- und einer Filtrationstufe;
Fig. 2:
eine schematische Längsschnittansicht durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit zwei aufeinanderfolgenden Flotationsstufen;
Fig. 3:
schematisch zwei alternative Formen für die Lamellen; und
Fig. 4:
schematisch eine Anordnung mit drei aufeinanderfolgenden Flotationsschritten.
In Figur 1 ist schematisch im axialen Längsschnitt eine erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt, mithin eine Flotationsvorrichtung 10a. Diese umfaßt baugruppenmäßig im wesentlichen eine Einströmeinheit 12, eine Stofftrenneinheit 14, eine Abführeinheit 16 für die stoffreiche Fraktion und einen erster Sammelbereich 18 für die stoffarme Fraktion. Ferner ist noch ein zweiter Sammelbereich 20 für feste Partikel vorgesehen.
In der Einströmeinheit 12 führt eine Zuführleitung 22 für die zu trennende Suspension, die in der gezeigten Ausführung in mehrere separate oder einen ringförmigen Auslaß 24 führen, die mit Prallplatten 26 versehen sind. In der Zuführleitung 22 oder dem Bereich der Auslässe 24 ist vorzugsweise eine nicht dargestellte Zuleitung für eine gasblasenversetzte Flüssigkeit für eine nicht-selektive Flotation und/oder chemische Stoffe für eine selektive Flotation vorgesehen.
Die Stofftrenneinheit 14 wird im wesentlichen durch einen zylindrischen Separationstank 28 gebildet, in dessen Zentralbereich ein vertikaler Hauptströmungskanal 30 ausgebildet ist, der von der Einströmeinheit 12 bis zur Abführeinheit 16 führt. Radial außerhalb des Hauptströmungskanals 30 sind darin übereinander eine Anzahl axial beabstandeter Lamellen 32 vorgesehen, die ringförmig konisch ausgebildet sind und zwischen sich eine radial nach außen und schräg unten verlaufende Strömung für die stoffarme Fraktion zum ersten Sammelbereich 18 hin definieren. Dieser ringförmige erste Sammelbereich 18, der zwischen der Wandung des Separationstanks 28 und den stromabwärtigen Kanten der Lamellen 32 gebildet ist, führt zu einem oberhalb der obersten Lamelle 32 angeordneten Sammelraum 34 für eine erste stoffarme Fraktion, in dem ein erstes Sammelrohr 36 für diese erste stoffarme Fraktion vorgesehen ist.
Eine einfache einstufige Ausführung der Erfindung würde mit den bisher dargestellten Baugruppen auskommen, wobei das erste Sammelrohr 36 bei einer derartigen einfachen Ausführungsform nicht notwendigerweise oben sondern auch an anderer Stelle, z.B. unten vorgesehen sein kann.
Die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform umfaßt neben der bisher diskutierten Flotations- eine Filtrationsstufe, die nunmehr beschrieben wird.
Radial außerhalb konzentrisch der Wand des Separationstanks 28 ist in einem gewissen Abstand eine Filteraußenwand 38 vorgesehen, so daß zwischen beiden ein ringförmiger im wesentlichen zylindrischer Filterraum 40 ausgebildet ist. Der Filterraum ist mit einem Filtermaterial gefüllt, vorzugsweise Sand bestimmter Konsistenz oder anderer Filterstoffe wie Aktivkohle oder Mischungen davon.
Dieser Filterraum 40 umfaßt in seinem oberen Endbereich ein zweites Sammelrohr 42 für eine zweite stoffarme Fraktion, die nach einem Flotations- und einem darauffolgenden Filtrationsschritt erhalten wird. Oberhalb des Filterraumes 40 ist eine nicht näher dargestellte Filtermaterial-Regenerationseinheit 44 vorgesehen, welche die Aufgabe hat, Filtermaterial zu reinigen bzw. zu regenerieren und das regenerierte Filtermaterial in den Filteraum 40 fördert. Das Filtermaterial durchläuft dabei den Filterraum 40 und gelangt in einen Ableitungskanal 46, von wo dieses im verbrauchten Zustand über die schematisch angedeutete Leitung 48 wieder der Filtermaterial-Regenerationseinheit 44 zugeführt wird. Die Filtermaterial-Regenerationseinheit 44 umfaßt mindestens eine Abführleitung 47 für eine zweite stoffreiche Fraktion, die durch die Stofftrennung an dem im Filterraum 40 befindlichen Filtermaterial bei dessen Regenerierung anfällt.
Der Filterraum 40 steht über eine oder mehrere Verbindungsöffnungen 50 mit dem ersten Sammelbereich 18 in Verbindung, über welche die Fraktion in den Filterbereich eintritt, die den Flotationsbereich bereits durchlaufen hat und nicht über das erste Sammelrohr 36 abgeleitet wird.
Die Abführeinheit 16 besteht im wesentlichen aus einem sich verbreiternden Sammelkanal 52 für die stoffreiche Fraktion, der zu einer oder mehreren Sammelrinnen oder -rohren 54 führt. Um die stoffreiche, meist schlammförmige Fraktion besser aus dem Sammelkanal 52 in die Sammelrinne 54 zu befördern, ist ein oder mehrere Fördereinrichtungen 56, als rotierende Paddelanordnungen dargestellt, vorgesehen.
Unterhalb der Stofftrenneinheit 14, vorzugsweise funktionsvereint mit der Einströmeinheit 12 ist eine Sammeleinrichtung 58 für die Sedimentation schwerer Partikel vorgesehen, die in einen Sedimentauslaß 60 mündet.
Nunmehr wird die Arbeitsweise dieser ersten Ausführungsform der Erfindung weiter dargestellt.
Über die Zuführleitung 22 strömt eine Suspension, der chemische Stoffe und/oder Gasbläschen zugesetzt sein können zu den Auslässen 24 und wird mittels der Prallplatten 26 derart umgelenkt, daß beim Eintritt in die Einströmeinheit 12 zunächst eine horizontale Strömung entsteht, die beim Eintritt in den Hauptströmungskanal 30 in eine radiale Hauptströmung übergeht. Dieser Vorgang wird durch die konische Form der untersten Lamelle 32 unterstützt. Die Art der Generierung und der Ort der Einleitung von Gasbläschen bzw. die Bläschenzahl und Größe bestimmen dabei die Art der Flotation ( Druckentspannungs- bzw. Dispersionsflotation).
Die erwünschten Stoffe aus der Suspension trennen sich unter Einwirkung der zugeführten Gasbläschen und/oder chemischen Stoffe auf dem Weg nach oben in eine nach oben weiter strömende stoffreiche Fraktion und eine durch die Lamellen 32 radial strömende stoffarme Fraktion. Die stoffreiche Fraktion, die meist schlammförmig ist, kann nach Sammlung in der Abführeinheit mittels der Fördereinrichtungen 56 über die Sammelrinnen 54 abgeleitet werden. Diese stoffreiche Fraktion kann entweder unerwünschte Stoffe enthalten wie z.B. Asche oder Tintenpartikel, bei der Altpapierstoffaufbereitung (wird dann meist als Rejekt-Fraktion bezeichnet) oder aber Wertstoffe, z.B. bei der Erz- oder Mineraliengewinnung.
Die von der Hauptströmung im Hauptströmungskanal 30 radial außen abgezweigte stoffärmere Fraktion gelangt nach Durchströmen der zwischen den Lamellen 32 gebildeten Ringräume in den ersten Sammelbereich 18. Sofern sich - anders als bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform - kein weiterer Filtrationsprozeß anschließt - ist dies die gewünschte stoffarme Fraktion, die über das erste Sammelrohr 36 entfernt wird.
Sofern allerdings eine wirksamere Stoffabtrennung zumindest für einen Teil der im ersten Sammelbereich 18 befindlichen Fraktion gewünscht wird, strömt diese Teilfraktion über die Verbindungsöffnungen 50 in den Filterraum 40 und von dort in vertikaler Richtung nach oben, im Gegenstrom zu dem Filtermaterialstrom, der von oben nach unten verläuft. Über das zweite Sammelrohr 42 läßt sich dann eine zweite stoffarme Fraktion entnehmen, von der gegenüber der über das erste Sammelrohr 36 ableitbaren Fraktion die ausgefilterten Stoffe entfernt sind, die wiederum über die Abführleitung 47 aus dem System entfernt werden. Dabei zirkuliert das Filtermaterial zwischen Filterraum 40 und Filtermaterial-Regenerationseinheit 44. Die bei der Trennung anfallenden schweren Partikel, z.B. Eisenteile, fallen in die Sedimant-Sammeleinrichtung 58 und anschließend in den Sedimentauslaß 60.
In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung in Form einer Flotationsvorrichtung 10b dargestellt, die sich von der Ausführung gemäß Figur 1 dadurch unterscheidet, daß zwei Flotationsstufen hintereinander angeordnet sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche Bauteile. Insoweit wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die oben genannte Beschreibung verwiesen, soweit diese in ersten Flotationsschritt betrifft.
Die Ausführung von Figur 2 unterscheidet sich dadurch von der von Figur 1, daß radial außerhalb des ersten Sammelbereichs 18 eine zweite Gruppe von Lamellen 62 angeordnet ist, radial außerhalb derer ein dritter Sammelbereich 64 vorgesehen ist. Wenngleich in der dargestellten Ausführung die ersten Lamellen 32 und die zweiten Lamellen 62 gleiche Abstände und Neigungen aufweisen, ist nicht notwendig. Vielmehr kann die Anzahl, Form, Neigung etc. der zweiten Lamellen 62 unabhängig von derjenigen der ersten Lamellen 32 abhängig von den spezifischen Bedingungen gewählt werden.
Am unteren Ende des ersten ringförmigen Sammelbereichs 18 ist bei dieser Ausführung ein Zuleitungsrohr 66 vorgesehen, über das eine gasblasenversetzte Flüssigkeit oder chemische Stoffe zugeführt werden, um bestimmte Flotationsbedingungen im ersten Sammelbereich 18 zu erreichen.
Oberhalb des dritten Sammelbereichs 64 ist ein drittes Sammelrohr 68 zum Sammeln einer zweiten stoffarmen Fraktion angeordnet, das im Gegensatz zu der über das erste Sammelrohr 36 entnehmbaren Fraktion weiter von abzutrennenden Stoffen befreit ist.
Sofern in diesem Zusammenhang von Sammelrohren 36, 42, 68 die Rede ist, soll damit jede Form einer Sammeleinrichtung verstanden werden. Es kann sich insbesondere auch um mehrere Rohre handeln oder um Öffnungen, die in Wandungen vorgesehen sind und erst außerhalb der Wandung in Sammelrohre münden.
In den Figuren 3a und 3b sind zwei Formen für Lamellen 32, 62 dargestellt, die anstelle einfacher flacher Formen zweckmäßig sind. In Fig. 3a ist eine waabenartige Struktur mit zwei Außenflächen 70a und 70b zu sehen, zwischen denen Verbindungsstreben 72 vorgesehen sind, wobei die grauen Bereiche Schatten darstellen sollen. Vorzugsweise bilden die zwischen benachbarten Verbindungsstreben 72 gebildeten Hohlräume durchgängige Leitungen, über die ebenfalls ein Teil der Strömung stattfinden kann. In Figur 3b ist eine wellenartige Ausbildung der Lamellen 32, 62 dargestellt, wobei die Strömungsrichtung mit einem Pfeil angedeutet ist, also parallel zur Wellenfront verläuft.
In Figur 4 ist schematisch eine Anordnung von drei aufeinanderfolgenden Flotationsstufen dargestellt, die ähnlich der Ausführung von Figur 2 aussehen würde, nur daß radial außerhalb des dritten Sammelbereichs 64 weitere Lamellen wären. Die in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellte Mittelachse a zeigt, daß hier eine Seite nicht komplett dargestellt ist. Außerhalb des dritten Sammelbereichs 64 sind bei dieser Ausführungsform weitere Lamellen 74 einer weiteren Flotationsstufe vorgesehen, die vorzugsweise einen anderen Abstand benachbarter Lamellen aufweisen. Radial außerhalb der Lamellen 74 ist dann ein vierter nur noch schematisch angedeuteter vierter Sammelraum 76 für eine noch stoffärmere Fraktion vorgesehen.

Claims (32)

  1. Flotationsvorrichtung (10a, 10b) zur Trennung von Stoffen oder Stoffgemischen aus Suspensionen zur Bildung mindestens einer stoffreichen und stoffarmen Fraktion mit einem säulenartigen Separationstank (28), der einen im unteren Bereich angeordneten Suspensionseinlaß (12) sowie mehrere übereinander angeordnete schräg angeordnete Lamellen (32), einen ersten Ausgang (36) für die stoffarme Fraktion sowie einen im oberen Bereich angeordneten zweiten Ausgang (52) für die stoffreiche Fraktion umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Suspensionseinlaß eine mittige, vertikal gerichtete Hauptströmung bewirkt, wobei die Lamellen radial außerhalb der Hauptströmung angeordnet sind und für die stoffarme Fraktion eine nach außen und schräg unten gerichtete Strömung bewirken, und radial außerhalb der Lamellen ein ringartiger Sammelkanal (18) für die stoffarme Fraktion gebildet ist.
  2. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Separationstank kreis- oder polygonförmigen Querschnitt aufweist.
  3. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Separationstank trichterartig mit sich nach oben hin erweiterendem Querschnitt ausgebildet ist.
  4. Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß radial außerhalb des Sammelkanals mindestens eine weitere Anordnung mehrerer übereinander vorgesehener zweiter Lamellen (62) kaskadenartig angeordnet ist, wobei der Sammelkanal zwischen den stromabwärtigen Kanten der erstgenannten Lamellen und den stromaufwärtigen Kanten der zweiten Lamellen gebildet ist.
  5. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Sammelkanals Einströmöffnungen (66) für die Einleitung von Chemikalien und/oder Blasenfluidgemischen vorgesehen sind.
  6. Flotationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß radial außerhalb des Sammelkanals ein von diesem beschickter, mit Filtrations-partikeln gefüllter Filtrationsraum (40) vorgesehen ist.
  7. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filtratauslaß (42) und ein Filtermaterial- auslaß (46) vorgesehen ist, wobei die Filtrationspartikel im Gegenstrom zu dem Filtratstrom den Filtrationsraum durchwandern und dabei zur Regeneration entfernbar und am entgegengesetzten Ende in regenerierten Zustand erneut zuführbar sind.
  8. Flotationsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lamellenflotationsanordnungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder Filtrationsanordnungen nach Anspruch 6 konzentrisch zueinander angeordnet sind.
  9. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Flotations- und/oder Filtrationsstufen getrennte Auslässe zur Entfernung von unterschiedlichen Fraktionen vorgesehen sind.
  10. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder drei Lamellenflotationsanordnungen schalenartig konzentrisch zueinander angeordnet sind.
  11. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß radial außerhalb einer Lamellenflotationsanordnung zwei oder drei Filtrationsanordnungen vorgesehen sind.
  12. Flotationsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen die Form geschlossener konischer Ringe aufweisen.
  13. Flotationsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen einen Neigungswinkel zur Horizontalen von 10°-40° aufweisen.
  14. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen einen Neigungswinkel zur Horizontalen von 20°-30° aufweisen.
  15. Flotationsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Lamellen in Strömungsrichtung der stoffarmen Fraktion 1 bis 4 mal so groß ist wie die Breite des durch die Innenkanten der Lamellen begrenzten Hauptströmungskanals.
  16. Flotationsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen benachbarten Lamellen von unten nach oben hin zunimmt.
  17. Flotationsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Lamellen wellig ausgebildet sind.
  18. Flotationsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Lamellen als mehrlagige Struktur mit zwei Außenlagen (70a, 70b) und dazwischen angeordneten Verbindungsstrukturen (72) ausgebildet ist.
  19. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Lamallen als wabenartige Struktur ausgebildet ist.
  20. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß durchgängige Strömungskanäle zwischen den Außenlagen gebildet sind.
  21. Flotationsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Lamellen als mikroporöse Membran ausgebildet sind.
  22. Flotationsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Lamellen gewölbt sind.
  23. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Suspensionseinlaß eine Zuführleitung (22) umfaßt, die mit einer Radialaustrittseinrichtung (24, 26) zur Erzeugung einer Ausströmung in radialer Richtung verbunden ist, wobei die Radialaustriffseinrichtung von einem mit einem zentrischen Durchlaß versehenen Dom bedeckt ist, so daß die Suspension über den Durchlaß mittig in den Separationstank eintritt.
  24. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialaustrittseinrichtung ein horizontales Prallblech umfaßt, um die dagegen anströmende Suspension in radialer Richtung umzulenken.
  25. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die. Radialaustrittseinrichtung mehrere diskrete am Umfang verteilte radial gerichtete Austrittsöffnungen (24) umfaßt.
  26. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Separationstanks eine Abführeinheit (16) für die stoffreiche Fraktion vorgesehen ist, die einen mittigen mit der Hauptströmung im wesentlichen fluchtenden Durchlaß (52) für die stoffreiche Fraktion sowie mindestens eine Fördereinrichtung umfaßt, um die stoffreiche Fraktion einem Rejektauslaß zuzuführen.
  27. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung eine rotierende Förderschnecke umfaßt.
  28. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung mindestens einen im wesentlichen horizontal verlaufenden Kanal (54) mit rotieren-den Räumpaddeln (56) umfaßt.
  29. Flotationsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie für eine nichtselektive Flotation eingerichtet ist.
  30. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Flotation als Druckentspannungsflotation ausgeführt ist und im Bereich des Suspensionseinlasses ein Einlaß für eine gasblasenversetzte Flüssigkeit vorgesehen ist.
  31. Flotationsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie für eine selektive Flotation eingerichtet ist.
  32. Flotationsvorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Suspensionseinlasses ein Einlaß für chemische Zusatzstoffe vorgesehen ist.
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