DE19728394A1 - Verfahren zur Entfernung von Feststoffen aus einer wässrigen Faserstoffsuspension - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Feststoffen aus einer wäßrigen Faserstoffsuspension gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verfahren der genannten Art werden verwendet, um aus einer faserstoffhaltigen Feststoffsuspension zumindest einen Teil der darin suspendierten Feststoffteilchen 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 Faserstoffsuspension, 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 aufgrund seiner Hydrophilie in der Faserstoffsuspension 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 Flotationsverfahren die 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 Faserstoffsuspensionen verwendet.

Gattungsgemäße Verfahren können auch zur Entfernung möglichst aller in der Faserstoffsuspension enthaltenen Feststoffpartikel eingesetzt werden, so daß als Gutstoff ein möglichst reines Rückwasser anfällt. Man spricht dann von einer Totalflotation, Klärflotation oder Entspannungsflotation. Der letztgenannte Begriff wird deshalb gewählt, weil infolge der verfahrenstechnischen Anforderungen Luftblasen benötigt werden, die so klein sind, daß sie sich zweckmäßigerweise durch Entspannung bilden, nachdem die Faserstoffsuspension vorher mit Luft vermischt und unter Überdruck gesetzt worden ist.

Der Stand der Technik bezüglich Flotationsverfahren für Faserstoffsuspensionen ist bereits sehr weit fortgeschritten. Daher gibt es Lösungen, welche durchaus geeignet sind, einen großen Teil der Feststoffpartikel durch Flotation zu entfernen. Ungünstig ist es allerdings, wenn das Größenspektrum der zu entfernenden Feststoffpartikel sehr breit ist. In solchen Fällen treten oft Probleme auf, da die Flotationsanlagen nicht immer das ganze Größenspektrum erfassen können.

In der DE 44 26 159 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die zu reinigende Faserstoffsuspension zunächst in einen Flotationszyklon gelangt und dann in Flotationszellen herkömmlicher Bauart, die im wesentlichen allein aufgrund der Schwerkraft arbeitet. Dabei sollen die Fasern in der Suspension verbleiben (selektive Flotation). Der Flotationsschaum der herkömmlichen Flotationszellen - eventuell auch des Flotationszyklons - wird in einem weiteren Flotationszyklon, der die Sekundärstufe bildet, gereinigt. Dieses Verfahren arbeitet zwar mit der Kombination unterschiedlicher Flotationsschritte, ist aber dennoch in einigen Fällen nicht ausreichend, um einen vollständig weißen Deinkingstoff zu erzeugen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Flotationsverfahren zu schaffen, mit dem ein hoher Reinigungseffekt auch bei breitem Spektrum der enthaltenen Feststoffpartikel erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in vollem Umfang gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden mindestens zwei auf einen jeweiligen speziellen Größenbereich optimierte Teilschritte hintereinandergeschaltet. Dabei werden im ersten Teilschritt die in der Faserstoffsuspension vorliegenden größeren Partikel durch dafür besonders günstiges Schwachfeld-Flotationsgerät ausflotiert. Der Vorteil, die Reihenfolge so zu wählen, liegt in erster Linie darin, daß gerade diese sonst bei der folgenden Starkfeld-Flotation unnötigerweise Luftblasen besetzen würden, ohne ausgetragen zu werden.

Spezielle Vorteile bringt das erfindungsgemäße Verfahren, wenn es auf die bereits erwähnte Totalflotation angewendet wird. Bei dieser ist es an sich bekannt, die zur Flotation erforderlichen Luftblasen mit Hilfe der Entspannung im Flotationsgefäß zu erzeugen, da sich dadurch ein besonders geeignetes Luftblasengrößenspektrum bildet. Wird die initiale Schwachfeldflotation unter Überdruck durchgeführt, dient die Luftzugabe nicht nur zum Flotieren in der ersten Stufe, sondern es wird infolge des hohen Druckes außerdem Luft im Wasser gelöst. Bei der sich anschließenden Starkfeld-Flotation kann der Druck abgesenkt werden, so daß feine Blasen entstehen, die im Starkfeld-Flotationsapparat benötigt werden. Mit dieser Kombination ist eine deutliche Verbesserung des Flotationseffektes bei relativ geringem Aufwand möglich. Dabei kann im die Schwachfeld-Flotations ausführenden Apparat durch Druckvariation das Größenspektrum der Blasen so gesteuert werden, daß es für die Störstoffe, die an dieser Stelle entfernt werden sollen, optimal ist. Die Steuerung des Druckes ist relativ einfach, da nur mehr oder weniger Druckluft (= Flotationsluft) zugegeben werden muß.

Bei Deinkinganwendungen werden bei Vorhandensein von Schwachfeld- und Starkfeldflotation solche Druckfarbenpartikel besonders frühzeitig erfaßt, die durch Binder auf Ölbasis mit den Fasern verbunden waren. Diese neigen grundsätzlich dazu, bei insbesondere eventuell nachfolgender mechanischer Bearbeitung - also z. B. in einem Disperger - auf die Fasern so aufzuziehen, daß sie dann nur noch schwer entfernbar wären. Nach dem ersten Flotationsschritt, der Vorflotation, werden oft die noch nicht von den Fasern abgetrennten oder sonstwie fixierten Feststoffpartikel mechanisch abgelöst. Dabei muß wegen des Fehlens der bereits entfernten Partikel nicht mehr befürchtet werden, daß diese zerkleinert oder in die Fasern eingerieben werden und dadurch nicht mehr oder zumindest aufwendiger abzuscheiden sind. In anderen Fällen sind bereits beim ersten Flotationsschritt die meisten Partikel flotierbar.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 bis 5 je ein Schema mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 6a und 6b eine Starkfeldflotationsvorrichtung in zwei Ansichten.

Fig. 1 zeigt eine Form des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem selektiv arbeitende Flotationsvorrichtungen verwendet werden. In dem vorliegenden Fall wird der eingetragene Papierfaserstoff S mit Wasser W in einem Stofflöser 1 - hier als Hochkonsistenzstofflöser ausgeführt, der mit einer Stoffdichte von mindestens 12% arbeitet, und in den die für die Flotation benötigten Chemikalien zumindest teilweise bereits zugegeben werden können. Der Stofflöser 1 kann so betrieben werden, daß eine weitgehende Entstippung des Papierstoffes erfolgt. Es ist aber auch denkbar, das in einem nachgeschalteten Entstipper 3 durchzuführen. Auflösung, eventuelle Chemikalieneinwirkung und Entstippung müssen so weit vorgenommen werden, daß zumindest ein nennenswerter Teil der enthaltenen Störstoffe, z. B. der Druckfarbenpartikel freigelegt ist. In der Regel, insbesondere bei Verwendung von Altpapier, wird auch ein Hydrozyklon 2 sinnvoll sein, um grobe Schwerteile auszuscheiden. Die verschiedenen Aggregate der dargestellten Anlage erfordern in der Regel Suspensionen von bestimmten Stoffdichten, also Trockengehalten. Maßnahmen zu deren Einstellung sind dem Fachmann bekannt und werden hier nur in Sonderfällen zeichnerisch dargestellt. Die ausreichend entstippte und gereinigte Faserstoffsuspension S' gelangt in eine im Erdschwerefeld betriebene Flotationszelle 4, bei der die mit Luft vermischte Suspension einen Schaum 8 bildet, der bestimmungsgemäß mit Störstoffen angereichert ist, und zur Sekundärflotation in eine weitere Zelle 4' abgeführt werden kann. Der Gutstoff der Flotationszelle 4 wird in den Flotationszyklon 5 geführt, der eine Starkfeldflotation ausführt, da infolge der Rotationsbewegung der in ihm geführten Suspensionsströmung Zentrifugalkräfte auftreten. Der anfallende Flotationsschaum 8' gelangt in einen als Sekundärzelle dienenden weiteren Flotationszyklon 5'. Der Gutstoff S'' des Flotationszyklons 5 wird in einer Vorratsbütte 6 gesammelt und kann zur Erzeugung von Papier weiterverarbeitet werden.

In Fig. 2 ist eine andere Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt, nämlich die Ausscheidung von möglichst allen Feststoffpartikeln aus einer wäßrigen Suspension. In diesem Fall sollen also nicht nur faserfremde Störstoffpartikel, sondern auch die Fasern selbst in den Flotationsschaum gelangen. Die Hauptanwendung ist die Klärung von Rück- oder Waschwasser bei der Papiererzeugung. Hierzu ist - wie bereits erwähnt - in der Regel ein deutlich anderes Blasengrößenspektrum als bei der selektiven Flotation anzustreben. Aus der Sammelbütte 7 wird das Rückwasser RW durch eine Pumpe 9 in eine hier unter Druck stehende Flotationszelle 10 geführt. Ähnlich wie die Flotationszelle 4 arbeitet auch diese unter einem Schwerefeld, was durch die Erdgravitation erzeugt wird. Dabei ist es vorteilhaft, die Flotationszelle 10 mit einem Überdruck zu betreiben, der deutlich über dem Umgebungsdruck liegt. Dadurch wird die eingegebene Luft 11' nicht nur zur Flotation, also zur Bildung des Flotationsschaumes 8'' , eingesetzt, sondern kann in solchen Mengen in dem Rückwasser gelöst werden, daß sie bei anschließender Entspannung in Form von feinen Luftblasen wieder frei wird. Diese Ausführungsform der Schwachfeld-Flotation ist im Zusammenhang mit dem Verfahren zwar besonders vorteilhaft, andererseits aber nicht immer erforderlich; d. h. sie kann auch bei Normaldruck stattfinden. Der Flotationszelle 10 schließt sich ein Flotationszyklon 11 an, der mit Zentrifugalkräften arbeitet, also eine Starkfeld-Flotation ermöglicht. Der hierin gebildete Flotationsschaum 8''' kann - ähnlich wie der Flotationsschaum 8'' der Flotationszelle 10 - abgepreßt und entsorgt werden.

Das Schema in Fig. 3 zeigt eine Spezialform des Verfahrens, bei dem die Starkfeld-Flotation in einem Cleaner 13 durchgeführt wird, der gleichzeitig in der Lage ist, an der Leichtstofföffnung 15 den Flotationsschaum und an der Schwerschmutzöffnung 16 weitere Störstoffpartikel abzuscheiden, dort insbesondere die größeren. An der Gutstofföffnung 17 des Cleaners fällt die gereinigte Faserstoffsuspension bzw. das geklärte Rückwasser an. Der Cleaner kann in anderen Anwendungen auch mit einer Starkfeld-Flotation 5'' kombiniert sein, insbesondere sofern er allein schon genügend größere Partikel an der Schwerschmutzöffnung 16 abführt (Fig. 4). Unter besonderen Bedingungen kann auch das ganze Spektrum der auszuscheidenden Feststoffpartikel im Cleaner erfaßt werden (Fig. 5).

Der an der Leichtstofföffnung 15 anfallende Rejekt gelangt hier in eine Sekundärstufe 18.

Diese in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Verfahrensformen können grundsätzlich sowohl für die selektive Flotation von Faserstoffsuspension als auch für die Klärung von Rückwasser eingesetzt werden, je nachdem was in der Sammelbütte 7 vorgelegt wird. Natürlich sind dann die Betriebsparameter auf die jeweilige Anwendung abzustimmen.

Die Fig. 6a zeigt exemplarisch eine Flotationsvorrichtung, mit der eine Starkfeldflotation besonders gut ausgeführt werden kann. Man erkennt ein im wesentlichen zylindrisches Gefäß mit einer in sich geschlossenen Wandung 19. Durch den tangentialen Einlauf 20 wird z. B. Faserstoffsuspension oder Rückwasser eingeführt, so daß sich zusammen mit der Krümmung der Wandung 19 eine Rotationsströmung ergibt. Die Zugabe und Vermischung der Flotationsluft in die Faserstoffsuspension ist hier nicht dargestellt, da hinreichend bekannt. Infolge des Zentrifugalfeldes sammelt sich der Flotationsschaum im wesentlichen in der Mitte des Flotationsapparates. Er fließt in axialer Richtung nach oben ab, wobei in dem hier gezeigten Beispiel die Transportströmung der Faserstoffsuspension bzw. des Rückwassers durch das Gefäß ebenfalls axial nach oben verläuft. Daher befinden sich sowohl der Schaumabzug 21 als auch der Gutstoffabzug 22 im oberen Bereich der Flotationsvorrichtung. Zur Verdeutlichung ist die in Fig. 6a gezeigte Flotationsvorrichtung in Fig. 6b in Aufsicht dargestellt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Entfernung von Feststoffen aus einer wäßrigen Suspension, insbesondere faserstoffhaltigen Suspension, mit Hilfe mehrerer Flotationsschritte, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Suspension in mindestens zwei nacheinanderfolgenden Teilschritten flotiert wird, von denen der erste eine Schwachfeld-Flotation ist mit einem Schwerefeld , dessen Wirkung kleiner ist als das in dem nachfolgenden zweiten Teilschritt, einer Starkfeld-Flotation.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen sämtliche in der Suspension enthaltenen Feststoffpartikel durch Flotation entfernt werden, so daß ein möglichst klares Filtrat gebildet wird (Totalflotation).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwachfeld-Flotation bei einem Absolutdruck von mindestens 1,5 bar durchgeführt wird und die nachfolgende Starkfeld-Flotation bei einem Druck, der mindestens 0,5 bar unter dem der Schwachfeld-Flotation liegt, und daß die in der Starkfeld-Flotation benötigten Luftblasen aus der vorher in der Suspension gelösten und durch Entspannung frei werdenden Luft gebildet werden.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Starkfeld-Flotation so ausgeführt wird, daß die zu reinigende Suspension so an einer in sich geschlossenen, gewölbten Wandung vorbeigeführt wird, daß sie eine Rotationsströmung ausführt, bei der der sich bildende Flotationsschaum in das Zentrum dieser Rotationsströmung wandert und von dort axial abgeführt wird und daß dabei die Axialströmung des Schaumes und die axiale Strömungskomponente der Suspension dieselbe Richtung haben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Starkfeld-Flotation so ausgeführt wird, daß die zu reinigende Suspension so an einer gewölbten, in sich geschlossenen Wandung vorbeigeführt wird, daß sie eine Rotationsströmung ausführt, bei der der sich bildende Flotationsschaum in das Zentrum dieser Rotationsströmung wandert und von dort axial abgeführt wird und daß dabei die Axialströmung des Schaumes und die axiale Strömungskomponente der Suspension eine gegenläufige Richtung haben.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension einen Faserstoffgehalt von wenigsten 0,5% enthält und daß aus ihr im wesentlichen die Störstoffe zusammen mit dem Flotationsschaum entfernt werden, während der weitaus überwiegende Teil der Fasern in der Suspension verbleibt (selektive Flotation).

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Cleaners mit einer Zentrifugalfeld von mindestens 50 mal Erdbeschleunigung, der sowohl mit einer Schwerschmutzöffnung (16) als auch mit einer Leichtstofföffnung (15) ausgestattet ist und aus dem der gereinigte Gutstoff durch eine Gutstofföffnung (17) austritt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Cleaner (13) ein Zentrifugalfeld von mindestens 200 mal Erdbeschleunigung bewirkt.