DE10360504A1 - Verfahren zur Flotation von Störstoffen aus einer wässrigen Papierfasersuspension - Google Patents

Abstract

Das Verfahren dient zur Entfernung von Störstoffen aus einer wässrigen Papierfasersuspension (S) mithilfe von mehreren in Reihe geschalteten Flotationszellen (1, 2, 3, 4). Die Gutstoffströme (A1, A2, A3) von hintereinander geschalteten Flotationszellen (1, 2, 3, 4) werden vorwärts geführt. Dabei werden spezielle Maßnahmen getroffen, um das Füllstandsniveau in den Flotationszellen (1, 2, 3, 4) zeitlich konstant zu halten. Dadurch lässt sich auch bei sich ändernden oder geänderten Betriebsparametern das Verfahren mit konstantem und optimalem Effekt durchführen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Flotation von Störstoffen aus einer wässrigen Papierfasersuspension gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Verfahren der genannten Art werden verwendet, um aus einer wässrigen Papierfasersuspension zumindest einen Teil der darin suspendierten Störstoffteilchen auszuscheiden. Bekanntlich wird bei einer Flotation ein die auszuscheidenden Stoffe enthaltender Schaum oder Schwimmschlamm gebildet. Ein typischer Anwendungsfall eines derartigen Verfahrens ist die Aufbereitung von einer aus bedrucktem Altpapier gewonnenen wässrigen Papierfasersuspension, in der die Druckfarbenpartikel bereits von Fasern abgelöst sind, so dass sie sich ausflotieren lassen. Der hier beschriebene Flotationsvorgang nutzt die Unterschiede zwischen Faserstoff und unerwünschten Feststoffteilchen in der Art, dass der Faserstoff auf Grund seiner Hydrophilie in der Papierfasersuspension verbleibt, während die angesprochenen Feststoffteilchen hydrophob sind und deshalb zusammen mit den Luftblasen in den Schaum gelangen. Neben den Druckfarbenpartikeln gibt es auch eine Vielzahl weiterer Stoffe, die hydrophob sind und sich daher durch Flotation von dem Faserstoff trennen lassen. Solche Stoffe sind insbesondere Kleber, feine Kunststoffpartikel und eventuell auch Harze. Wenn durch das Flotationsverfahren Fasern von Verunreinigungen getrennt, also nicht alle Feststoffpartikel aussortiert werden sollen, spricht man von selektiver Flotation. Der ebenfalls benutzte Begriff "Flotationsdeinking" wird in der Regel nicht nur für die Entfernung von Druckfarbenpartikeln (ink = Druckfarbe), sondern auch allgemeiner für die selektive Flotation von Verunreinigungen aus Papierfasersuspensionen verwendet.
• Anlagen, die dazu dienen, das Flotationsverfahren der genannten Art durchzuführen, bestehen aus mehreren Flotationszellen, das sind Apparaturen mit einem Behälter, in dem ein Flotationsschritt durchgeführt wird. Eine Flotationszelle wird im Allgemeinen durch einen Zulauf mit der Papierfasersuspension versorgt. In der Zelle bildet sich ein Flotationsschaum, der z.B. über ein Schaumwehr in eine Schaumrinne abfließen kann. Auf Grund der schon beschriebenen Mechanismen führt der Flotationsschaum einen Großteil der Störstoffe mit ab. Die gereinigte Suspension einer Flotationszelle kann durch eine Öffnung direkt in die stromabwärts folgende benachbarte Zelle fließen, wobei die Füllstandsdifferenz als Triebkraft ausreicht. Ein Teil kann aber auch abgezeigt werden, indem er z.B. am Boden der Flotationszelle ausgeleitet wird. Dieser Teilstrom kann via Pumpe in dieselbe Zelle zurück oder in eine andere Zelle eingeführt werden.
• Bei einer solchen aus mehreren Zellen bestehenden Anlage wird also die zu reinigende Papierfasersuspension nacheinander durch eine Mehrzahl von Flotationszellen hindurchgeleitet, wobei ihre Reinheit von Zelle zu Zelle zunimmt. Üblicherweise sagt man, dass die Flotationszellen, die in einer solchen Funktion zusammengefasst sind, zu einer einzigen Flotationsstufe gehören. Eine zweite Flotationsstufe kann zweckmäßig sein, um den in der ersten Flotationsstufe gesammelten Flotationsschaum erneut zu flotieren, was insbesondere den Faserverlust des Verfahrens reduziert, ohne die Qualität des gereinigten Stoffes zu verschlechtern.
• Aus der EP 1 124 001 A2 ist ein Flotationsverfahren bekannt, bei dem zumindest innerhalb einer Flotationsstufe die Gutstoffe so geführt werden, dass sie von einer stromaufwärtigen Flotationszelle durch eine Öffnung in den Zellenwänden direkt in die stromabwärtige Flotationszelle gelangen. Die sich bildenden Flotationsschäume werden von der Oberfläche der Suspension in Schaumrinnen abgeführt und in der üblichen Weise weiterbehandelt. Die Belüftung der Suspension erfolgt durch einen Zirkulationsstrom, bei dem ein Teilstrom aus der Flotationszelle entnommen und unter Zwischenschaltung einer Entlüftungsvorrichtung in dieselbe Zelle zurückgeführt wird. Dabei wird erwähnt, dass die in die einzelnen Flotationszellen eingebrachte Luft individuell verstellt werden kann, wobei diese Möglichkeit der direkten Beeinflussung der Flotationswirkung dient mit dem Ziel, den Durchsatz durch die Flotationszelle konstant halten zu können.
• Das Verfahren soll in vielen Fällen bei solchen Papierrohstoffen, z.B. Altpapier eingesetzt werden, deren Zusammensetzung nicht immer gleich ist. Das bedeutet, dass die an sich einfache Strömungsführung des Gutstoffflusses mit Hilfe der durch Füllstandsdifferenz entstehenden Kräfte Probleme verursachen kann, da sich die Betriebsparameter ändern oder geändert werden. Die Überlaufmengen, also der aus den einzelnen Flotationszellen abgeführte Flotationsschaum, sind dann simultan nur schwer zu kontrollieren. Sie haben aber direkten Einfluss auf das Flotationsergebnis und damit auf die Qualität des erzeugten Papiers. In ungünstigen Fällen kommt es zur Abweichung vom optimalen Betriebszustand. Eine Qualitätsverschlechterung kann aber eine Vielzahl von Ursachen haben, so dass die notwendigen Maßnahmen zur Gegensteuerung nicht leicht gefunden werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Flotationsverfahren der genannten Art so zu verbessern, dass sie auch bei zeitlichen Schwankungen der Betriebsparameter bei gutem Reinigungsergebnis und/oder Ausbeute sicher betrieben werden können.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 in vollem Umfang gelöst.
• Durch die beschriebenen Merkmale ist es möglich, mit einfachen Mitteln dafür zu sorgen, dass die in den einzelnen Flotationszellen gebildeten Überlaufmengen geregelt werden, dass also der als technologisch sinnvoll definierte Wert eingehalten wird.
• Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
• 1 schematisch: Durchführung des Verfahrens am Beispiel einer Flotationsstufe;
• 2 schematisch: Durchführung des Verfahrens mit zwei Flotationsstufen;
• 3 Schnitt durch eine Flotationszelle.
• Die 1 zeigt ein erstes Beispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei werden vier Flotationszellen 1 bis 4 gezeigt, die zu einer Flotationsstufe zusammengeschaltet sind. Selbstverständlich kann die Anzahl der Flotationszellen variiert werden je nach den gestellten Anforderungen. Die einzelnen Flotationszellen sind so miteinander verbunden, dass die in die erste Flotationszelle 1 zugeführte Papierfasersuspension S nacheinander alle Flotationszellen durchströmt. Dabei wird , wie an der ersten Flotationszelle 1 gezeigt, die zuströmende Papierfasersuspension S zunächst in ein Mischrohr 6 geführt, welches dazu dient, die ankommende Suspension mit Luftblasen zu vermischen und in der Flotationszelle 1 sinnvoll zu verteilen. In anderen Fällen kann die zu reinigende Papiertasersuspension S aber auch direkt in die Flotationszelle 1 geleitet werden und die Belüftung durch rezirkulierten Teilstrom erfolgen, wie es an Hand der anderen Flotationszellen noch beschrieben wird. Die aufsteigenden, nicht dargestellten Luftblasen bilden an der Oberfläche der sich in der Flotationszelle 1 befindenden Papierfasersuspension den Flotationsschaum R1. Er kann dann durch eine hier nicht gezeigte Schaumrinne abfließen, die im Allgemeinen mit einem höhenverstellbaren Wehr versehen ist, die das Niveau in der Flotationszelle bestimmt. Der Akzept A1 der ersten Flotationszelle 1 tritt durch eine Öffnung 9, die mit einer einstellbaren Drosselvorrichtung 10 versehen ist, in die nächste, stromabwärtige Flotationszelle 2 über. Die Drosselvorrichtung 10 wird durch eine motorisch bewegbare Stellvorrichtung 11 justiert, die sich vorteilhaft durch das Prozessleitsystem ansteuern lässt. Auch der Niveautransmitter 12 für die Flotationszelle 1 ist an das Prozessleitsystem angeschlossen. Drosselvorrichtungen, Stellvorrichtung und Niveautransmitter sind an allen Flotationszellen dieser Flotationsstufe vorhanden.
• Aus der Flotationszelle 2 wird ein Teilstrom T2 abgezogen und über eine Pumpe 8 in das Mischrohr 6 derselben Zelle zurückgeleitet. Dadurch erfolgt eine erneute Belüftung. Entsprechendes wird auch mit Teilströmen T3, T4 bei den Flotationszellen 3 und 4 durchgeführt. Der in der ersten Flotationszelle 1 gebildete Flotationsschaum R1 kann, da die Füllhöhe dieser Flotationszelle etwas höher ist als die der zweiten Flotationszelle 2, in deren Schaumrinne abfließen. Für die Flotationszellen 2, 3 und 4 gilt Entsprechendes. Der Akzept A4 der vierten Flotationszelle 4 kann, wenn es sich hier um die letzte Flotationszelle dieser Flotationsstufe handelt, als gereinigter Gutstoff zur Weiterverarbeitung in der Papierstoffaufbereitung verwendet werden. Der in allen Flotationszellen 1 bis 4 angefallene zusammengefasste Flotationsschaum R wird entweder verworfen oder in eine zweite Flotationsstufe eingeführt, was in 2 gezeigt ist.
• Wie bereits erwähnt wurde, ist es in vielen Fällen zweckmäßig, zur Durchführung des Verfahrens mehrere Flotationsstufen vorzusehen. So zeigt die 2 eine zweistufige Flotationsanlage, bei der die exemplarisch gezeigten Flotationszellen 1 bis 4 die erste Stufe repräsentieren. Der dort angesammelte zusammengefasste Flotationsschaum R, der bei solchen Anlagen noch einen nennenswerten Teil von wertvollen Papierfasern enthält, wird als Zulauf zur Flotationszelle 0 verwendet. Dabei sind eventuell benötigte Zwischenschritte (wie z.B. Verdünnung) nicht dargestellt. Auch die als Sekundärstufe dienende Flotationszelle 0 ist mit einem Mischrohr 6 ausgestattet, um den Flotationsschaum R erneut zu belüften und die Flotation in die Flotationszelle einzuleiten. Der in der Sekundärstufe gewonnene Flotationsschaum R0 kann entweder verworfen oder einer weiteren, also dritten Flotationsstufe zugeführt werden. Der Gutstoff A0 dieser Stufe wird in die erste Flotationszelle 1 der Primärstufe eingeführt. Diese an sich bekannte Schaltung hat den Vorteil, dass eventuell noch vorhandene Störstoffe erneut flotiert werden können. Der Gutstofftransport erfolgt hydraulisch kommunizierend, wie es bereits an Hand der übrigen Flotationszellen beschrieben wurde. Die unerwünschter Weise im Flotationsschaum R der ersten Stufe mitgeführten Fasern können ohne weiteres zurück gewonnen werden. Auch bei einer solchen Anwendung ist das erfindungsgemäße Verfahren von besonderem Vorteil, da störende Einflüsse, die vom Betrieb der Flotationszelle 0 herrühren, durch entsprechende Maßnahmen wieder ausgeglichen werden können. Der Zulauf zur Flotationszelle 0 ist nämlich auf Grund der Schmierigkeit der Flotationsschäume, des hohen Chemikalien- und Luftgehaltes problematisch, was die Einhaltung von konstanten Betriebsparametern betrifft.
• Die bisher beschriebenen 1 und 2 sollen lediglich die verfahrenstechnische Vorgehensweise erläutern, ohne z.B. die Form der Flotationszellen oder die Positionen der Zu- und Abläufe zu zeigen. Etwas genauer ist da, wenn auch immer noch ohne konstruktive Details dargestellt, die in 3 im Schnitt gezeigte Flotationszelle. Dabei entspricht der Querschnitt einem liegenden Oval, also einer oft verwendeten Bauform des Anmelders, die als EcoCell bezeichnet wird. Das Beispiel zeigt die zweite Flotationszelle 2 einer ersten Flotationsstufe. Nicht erkennbar ist hier der Zulauf des Gutstoffes A1 der stromaufwärtigen Flotationszelle. Die Belüftung erfolgt mit Hilfe eines aus derselben Flotationszelle 2 unten abgezogenen Teilstroms T2, der in ein eintauchendes Mischrohr 6 geführt wird, das an seinem unteren Ende mit einem Umlenkstoßdiffusor 13 versehen ist, der die im Mischrohr 6 belüftete Suspension horizontal über 360° verteilt. Das Saugrohr 6 enthält einen Injektor, der das Gas G, im Allgemeinen Luft, aus dem oberen Bereich der Flotationszelle ansaugt. Die durch Flotation gereinigte Suspension verlässt die Flotationszelle durch die Öffnung 9 und fließt in die benachbarte Flotationszelle ab. Der angesammelte Flotationsschaum R2 fließt in eine seitliche Schaumrinne 7. Diese ist mit einem Schaumwehr W2 versehen, dessen Oberkante höhenmäßig während des Betriebes vorzugsweise motorisch verstellt werden kann. In den Fällen, in denen Füllstandschwankungen der Suspension in der Flotationszelle auftreten, lassen sich dennoch die Überlaufmengen des Flotationsschaumes R2 wunschgemäß einstellen Ähnliches gilt auch für die übrigen Flotationszellen Der Flotationsschaum R2 wird eventuell entlüftet und verdünnt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Entfernung von Störstoffen aus einer wässrigen Papierfasersuspension (S) mit Hilfe einer Flotationsanlage, die mehrere von der Papierfasersuspension (S) nacheinander durchströmte Flotationszellen (0, 1, 2, 3, 4) umfasst, wobei in den Flotationszellen (0, 1, 2, 3, 4) mit Hilfe von aufsteigenden Gasblasen jeweils ein mit Störstoffen angereicherter Flotationsschaum (R0, R1, R2, R3, R4) gebildet wird, der sich oberhalb der Papierfasersuspension ansammelt, wodurch in den Flotationszellen (0, 1, 2, 3, 4) jeweils ein Gutstoffstrom gebildet wird, dessen Störstoffgehalt geringer ist als der im Zulaufstrom zu dieser Flotationszelle und wobei mindestens zwei Flotationszellen (0, 1, 2, 3, 4) hydraulisch kommunizierend betrieben werden, indem der Gutstoffstrom (A0, A1, A2, A3) einer Flotationszelle (0, 1, 2, 3) in die stromabwärtige Flotationszelle (1, 2, 3, 4) mit Hilfe der durch Füllstandsdifferenz entstehenden Kräfte geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Maßnahmen getroffen werden, um das Füllstandsniveau in hydraulisch kommunizierenden Flotationszellen (0, 1, 2, 3, 4) auch bei zeitlichen Schwankungen der Betriebsbedingungen zeitlich konstant zu halten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der in die stromabwärtige Flotationszelle (1, 2, 3, 4) geführten Gutstoffströme (A0, A1, A2, A3) durch während des Betreibens verstellbare hydraulische Drosseleinrichtungen (10), die sich in den Verbindungsöffnungen (9) zwischen hydraulisch kommunizierenden Flotationszellen (0, 1, 2 , 3, 4) befinden, geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtungen (10) verstellbare Klappen sind.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtungen (10) Schieber oder Ventile sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des abgeführten Flotationsschaumes (R0, R1, R2, R3, R4) in jeder der hydraulisch kommunizierenden Flotationszellen (0, 1, 2, 3, 4) separat geregelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaummenge durch motorische Verstellung des Schaumwehres (W1) eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Flotationszelle (0, 1, 2, 3, 4) ein gereinigter Teilstrom (T2,T3,T4) entnommen und via Pumpe (8) einer Flotationszelle (0, 1, 2, 3, 4) wieder zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom (T2,T3,T4) erneut belüftet und in die Flotationszelle (0, 1, 2, 3, 4) zurückgeführt wird, aus der er entnommen wurde.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom (T2,T3,T4) einer Flotationszelle (0, 1, 2, 3, 4) über eine Pumpe (8) in die stromabwärtige Flotationszelle (1, 2, 3, 4) gefördert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotationszelle (0, 1, 2, 3, 4) ein mit einem Injektor versehenes Mischrohr (6) aufweist und dass der Teilstrom (T2,T3,T4) in das Mischrohr (6) eingeleitet wird.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotationszellen (0, 1, 2, 3, 4) mindestens zwei Flotationsstufen bilden, dass der in einer Flotationsstufe angesammelte Flotationsschaum R in die nachfolgende Flotationsstufe geführt wird und dass die Flotationszellen (0, 1, 2, 3, 4) miteinander hydraulisch kommunizierend verbunden sind.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen, die getroffen werden, um das Füllstandsniveau in hydraulisch kommunizierenden Flotationszellen (0, 1, 2, 3, 4) auch bei zeitlichen Schwankungen der Betriebsbedingungen zeitlich konstant zu halten, über ein Prozessleitsystem durchgeführt werden, welches die über Niveautransmitter (12) aus den Flotationszellen (0, 1, 2, 3, 4) erhaltenen Signale auswertet.
13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gutstoffstrom (A4) am Auslauf der letzten Flotationszelle (4) einer Flotationsstufe auf einen zeitlich konstanten Volumenstrom geregelt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Volumenstromes mit Hilfe einer verstellbaren Drosselvorrichtung (14) im Gutstoffauslauf der letzten Flotationszelle (4) einer Flotationsstufe vorgenommen wird.