Die Erfindung betrifft ein Flotationsverfahren zum Abtrennen von Feststoffen aus einer papierstoffhaltigen Suspension gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Verfahren dieser Art sind z.B. aus der DE-OS 34 01 161 bekannt. Ihre Anwendung liegt in der Papierindustrie bei der Entfernung von Druckfarben, Klebern oder sonstigen störenden Verunreinigungen, die überwiegend aus dem Altpapier stammen. Dabei wird die Faser auf Grund ihrer Hydrophobie in der Suspension als Gutstoff abgeführt, während die verunreinigenden Feststoffe mit dem Schaum verworfen werden. Wegen dieser Aufteilung der Feststoffströme in Fasern und Verunreinigungen spricht man von selektiver Flotation. Es sind auch andere Anwendungen von Verfahren dieser Art bekannt, bei denen ein möglichst großer Anteil der Feststoffe durch Flotation entfernt wird, z.B. bei der Behandlung von durch Abpressen erzeugten Abwässern in der Papierindustrie. In solchen Fällen spricht man auch von Klärflotation oder wegen des Begasungsmechanismus von Entspannungsflotation.
Aus der US 4,490,259 ist eine Flotationsapparatur bekannt, bei der eine Flüssigkeit zunächst mit den erforderlichen Flotationschemikallen vermischt und anschließend in das eigentliche Flotationsgefäß eingegeben wird. Die Belüftung erfolgt erst im Flotationsgefäß, und zwar mit Hilfe einer Elektrolyse. In einem innerhalb des Flotationsgefäßes angeordneten Mischorgan, das mehrere diffusorartige Stufensprünge aufweist, erfolgt dann die Vermischung der Gasblasen mit der Suspension.
Etwas anders arbeitet der Flotationsbehälter gemäß der EP 0 243 690 A, bei dem die Belüftung der Suspension bereits innerhalb des Zuleitungsrohrs in das Flotationsgefäß erfolgt. Das Zuleitungsrohr ist also als Mischrohr ausgebildet, wobei vorgeschlagen wird, die Luft mit Hilfe von Blenden in der strömenden Suspension zu verteilen, mit denen also auch wieder eine Art Diffusorwirkung erreichbar ist.
Wie bereits erwähnt, sind solche Verfahren seit langem in Gebrauch und haben einen relativ hohen Effektivitätsstandard erreicht. Dennoch ergibt sich die Anforderung einer weiteren Verbesserung des Effektes.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Flotationsverfahren mit einem besseren Trenneffekt und/oder einem geringeren spezifischen Energiebedarf zu schaffen. Bessere Trennung heißt, dass die Menge der entfernten, unerwünschten Bestandteile der Papierfaserstoffsuspension weiter erhöht wird, also eine bessere Sauberkeit des Papierfaserstoffes erzielt wird oder ein geringerer Faserverlust oder beides.
Diese Aufgabe wird durch die Kennzeichen Im Anspruch 1 vollständig gelöst.
Die wesentlichen Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich wie folgt beschreiben:
Der Impulsaustausch im Bereich des Mischelementes ist so geartet, dass gerade die spezifisch notwendige Energiedissipation stattfindet, um die Anlagerung von hydrophoben Feststoffteilchen an die Blasen zu fördern. Dabei werden weder die Luftblasen nachteilig verändert, noch bereits an Luftblasen angelagerte Teilchen wieder abgerissen. Vielmehr kann, wenn gewünscht, die Blasengröße durch das Verfahren besser beeinflusst werden. Es hat sich nämlich gezeigt, dass ein anforderungsgemäßes Blasengrößenspektrum speziell in Faserstoffsuspensionen allein durch konventionelle Injektoren schwer herzustellen oder instabil ist. Die ganze Energieumsetzung findet beim neuen Verfahren unter besonders günstigen Bedingungen statt, insbesondere im Vergleich zu den bekannten Injektoren, da wegen der größeren beteiligten Volumina die Geschwindigkeiten geringer sein können. Das wird dadurch erreicht, dass die Strömungsgeschwindigkeit, im Mischelement auf höchstens 2 m/sec, in besonderen Fällen höchstens 1 m/sec eingestellt wird. Femer ist es günstig, das Volumen der zur Flotation bestimmten Gasblasen im Mischelement auf höchstens das Dreifache des Suspensionsvolumens zu beschränken.
Die sich im Flotationsbehälter befindende Suspension erhält eine Umtriebsbewegung, da mit Hilfe des Mischelementes ein innerhalb des Flotationsbehälters wirksamer Sog erzeugt wird. Dabei kann das Mischelement ein relativ kleines Mischvolumen von höchstens 5 %, bezogen auf das Suspensionsvolumen im Flotationsbehälter, haben. Es kann einen Strömungskanal aufweisen mit einem konstanten Strömungsquerschnitt, der zwischen 0,001 bis 0,05 m2 groß ist. Der Zuströmquerschnitt in das Mischelement ist mit Vorteil 1,5 bis 5 Mal so groß wie die Fläche der Einlauföffnung für die Suspension in den Flotationsbehälter.
Durch den erwähnten Sog können bestimmte Anteile der Im Flotationsbehälter befindlichen Suspension mehrmals mit dem frisch eingeströmten und hoch begasten Suspensionsstrom vermischt werden. Diese Rezirkulationsbewegung erhöht daher die Wahrscheinlichkeit, dass abzuscheidende Feststoffpartikel mit den eingetragenen Luftblasen in Kontakt treten können. Auch dadurch wird die Trennwirkung des Flotationsverfahrens verbessert. Die beschriebene Sogwirkung ist ferner geeignet, die Wirbel abzuziehen, die im Stand der Technik unmittelbar an der Mündung des Einlaufrohres in den Flotationsbehälter entstehen können. Diese Wirbel stören die Flotation und kosten unnötig Energie. Werden sie erfindungsgemäß abgesaugt, kann ihre Energie nutzbringend zur Begasung und Vermischung eingesetzt werden.
Andererseits wird die Umtriebsbewegung so gesteuert, dass sie der Flotation nicht schaden kann. Das heißt: Die Bewegung der Gasblasen zur Oberfläche findet nach wie vo in der notwendigen Weise statt, da die Umtriebsströmung lokal auf einen kleinen Teil der im Flotationsbehälter befindlichen Suspension begrenzt wird. Vorzugsweise verlässt die Suspension das Mischelement in etwa waagerechter Richtung, was auch bei senkrecht angeordneter Einlaufleitung gilt.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
In Fig. 1 erkennt man einen schematisch dargestellten Flotationsapparat, an dem das erfindungsgemäße Verfahren erklärt werden kann. Der Flotationsapparat enthält einen nicht vollständig gezeichneten Flotationsbehälter 1. Dieser ist bei Durchführung des Verfahrens zum überwiegenden Teil mit Suspension gefüllt, auf dessen Oberfläche sich, wie an sich bekannt, ein Schaum 8 bildet, der einen möglichst großen Teil der auszuflotierenden Bestandteile enthält. Er kann über ein Schaumwehr als Rejekt R abfließen. Die papierfaserstoffhaltige Suspension S 1 gelangt durch ein eine Einlauföffnung 2 aufweisendes Einlaufelement 6 in den Flotationsbehälter 1. Dabei wird sie, wie hier dargestellt, bereits vor Eintritt in den Flotationsbehälter mit Gas G, z.B. Luft, vermischt. Erfindungsgemäß wird die eingeströmte Suspension durch ein Mischelement 3 geführt, dessen Zuströmöffnung 4 sich in einem Abstand a von der Einlauföffnung 2 befindet. Dieser Abstand a beträgt mit Vorteil höchstens 1 m. Wie durch Pfeile angedeutet, wird ein Teil der sich im Flotationsbehälter 1 befindenden Suspension S 2 in den Raum zwischen der Einlauföffnung 2 und der Zuströmöffnung 4 angesaugt. Dieser Zwischenraum hat die
Funktion eines Sammelraumes 7 (Fig. 2). Die durch Flotation gereinigte Suspension tritt als Gutstoff A durch die Auslauföffnung 5 aus dem Flotationsbehälter 1 wieder aus. In vielen Fällen handelt es sich dabei um eine von Fremdstoffen befreite Faserstoffsuspension oder in besonderen Fällen um geklärtes Wasser, bei dem also ein möglichst großer Anteil aller enthaltenen Feststoffe durch die Flotation entfernt worden ist.
In Fig. 2 sind Mischelement 3 und das zugehörige Einlaufelement 6 etwas detaillierter, aber dennoch schematisch gezeichnet. Gestrichelt angedeutet ist der Sammelraum 7 zwischen der Einlauföffnung 2 und der Zuströmöffnung 4. In Strömungsrichtung gesehen, hat das Mischelement 3 die Erstreckung c. Eine Besonderheit ist der Versatz b zwischen den Mittellinien beider Öffnungen. Dieser Versatz kann zum Regeln des Mischeffektes veränderbar sein, besonders dann, wenn aus konstruktiven Gründen die Änderung des Abstandes a schwierig ist. Das wäre bei radialer Strömungsführung der Fall, wie etwa in Fig. 6 und 7. Der Versatz b beeinflusst die Rezirkulation der Suspension innerhalb des Flotationsbehälters. Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung begünstigt durch den Versatz die Ansaugung der Suspension oberhalb des Mischelementes 3.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Einlauföffnung 2 nicht bündig mit der Wandung des Flotationsbehälters 1, was bei der Flotation Vorteile haben kann. In Abänderung hiervon kann die Einlauföffnung 2 aber auch in der Behälterwandung liegen.
Unter anderem bestimmt die Größe des Abstandes a den Misch- und damit auch den Flotationseffekt. Deshalb kann ihre Veränderung durchaus als Möglichkeit zur Steuerung des Flotationsverfahrens verwendet werden. Hierzu ist in Fig. 3 ein einfaches Beispiel gezeigt, bei dem das Mischelement 3 verschiebbar mit dem Einlaufelement 6 verbunden ist. Diese Verschiebung kann auch mit einem Motor erfolgen und der Motor als Stellglied eines Regelkreises fungieren. Die Realisierung der Einstellbarkeit ist auf verschiedene Weise möglich und dem Fachmann geläufig.
Die Fig. 4 zeigt eine sehr spezielle Vorrichtung, um das Verfahren mit besonders einfachen Mitteln durchzuführen. Hier bildet nämlich das Mischelement 3 mit dem Einlaufelement 6 eine Einheit. Die Ansaugung der bereits im Flotationsbehälter befindlichen Suspension erfolgt dabei durch Langlöcher, die stromaufwärts vom Mischelement 3 angebracht sind. Auf diese Weise entsteht auch bei dieser einfachen Vorrichtung ein Abstand a zwischen der Einlauföffnung 2 und der Zuströmöffnung 4, wobei diese Öffnungen hier als Ovale angedeutet sind.
In Fig. 5 ist der Schnitt durch einen Flotationsbehälter 1' gezeigt, welcher abweichend von dem in Fig. 1 einen ovalen Querschnitt hat. Außerdem wird die Suspension S 1 in diesen Behälter durch ein Einlaufelement 6' zugeführt und belüftet, welches eine zylindrische Einlauföffnung aufweist. Dadurch strömt die zu flotierende Suspension radial von innen nach außen in den Flotationsbehälter 1'. Diese an sich bekannte Strömungsführung hat beträchtliche Vorteile bei der Flotation. Das Einlaufelement 6' kann mit Vorteil, wie hier gezeichnet, exmittig im Flotationsbehälter 1' angebracht sein. Auch bei einer solchen Flotationseinrichtung ist das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar, wobei wegen der radialen Zuströmung der Suspension das Mischelement 3' im wesentlichen ringförmig um die Einlauföffnung 2' positioniert ist.
Die Verhältnisse in dem beschriebenen Bereich des Einlaufelementes 6' sind etwas detaillierter in Fig. 6 dargestellt. Dabei hat das Mischelement relativ zur Einlauföffnung 2' einen Höhenversatz. Dieser ist nicht notwendig, kann aber zur Regelung der Vermischung im Flotationsbehälter, wie bereits ausgeführt, verwendet werden. Die mechanische Realisierung dieser Verstellmöglichkeit ist hier nicht dargestellt, sie ist dem Fachmann geläufig.
In den Fällen, In denen die Suspension aus dem Mischelement in einer radial nach außen gerichteten Strömung austritt, kann das Mischelement 3" auch von der Art sein, wie es in der Fig. 7 gezeigt ist. Hier wird die Suspension S 1 durch das Einlaufelement 6' senkrecht in den Flotationsbehälter 1 eingegeben, wobei sowohl die Einlauföffnung 2" als auch die Zuströmöffnung 4" waagerecht sind. Dazwischen entsteht eine im Wesentlichen senkrechte Strömung, in der eine Vermischung der bereits im Flotationsbehälter sich befindenden Suspension S 2 mit der neu eingeführten Suspension S 1 stattfindet. Die Umlenkung aus der Senkrechten in die Waagerechte erfolgt innerhalb des Mischelementes 3'', das einen entsprechend ausgebildeten Kanal aufweist. Auch hier kann wiederum, falls gewünscht, das Mischelement 3" relativ zum Einlaufteil 6' verschiebbar angeordnet sein, um dadurch das Flotationsverfahren zu steuern.