DE2313582A1

DE2313582A1 - Verfahren und vorrichtung zur flotation und abtrennung von in wasser enthaltenen feststoffen

Info

Publication number: DE2313582A1
Application number: DE19732313582
Authority: DE
Inventors: Minoru Ichiki; Kazuhiko Nakade; Hiroshi Narabe
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Kinzoku Co Ltd
Priority date: 1972-03-22
Filing date: 1973-03-19
Publication date: 1973-10-18
Also published as: FR2177055A1; JPS4897359A; FR2177055B3

Description

DR. KARL TH. HEGEL - DIPL-ING. KLAUS DICKBL

PATENTANWÄLTE

Γ ~! 2OOO Hamburg 50

Große Bergstraße 223
Postfach BOO6 82
Telefon: (0411) 39 6295
Telegramm-Adresse: Doellnerpatent

Unser Zeichen: Datum Di/MÜ

H 2112

Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.
No. 1-1, 2-chome, Nihonbashi-Muromachi,
Chuo-ku, Tokyo, Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Flotation und Abtrennung
■von in Wasser enthaltenen Feststoffen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung von in Wasser enthaltenen Feststoffen, die es ermöglichen, Wasser in einer kontinuierlichen Weise zu reinigen.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Abtrennung von
Feststoffen aus Lösungen bekannt, wie beispielsweise Filtrationsverfahren, Absetz-Irennverfahren und Flotationstrennverfahren, von denen jedoch keines von verschiedenen Schwächepunkten frei ist. Bei den Filtrationsverfahren verringert ein Zusetzen der Filteröffnungen die Filterkapazität und macht ein häufiges Austauschen des Filters erforderlich. Bei dem Absetz-

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Trennverfahren lind dem Flotationstrennverfahren beruht das Absinken oder Aufschwimmen der !Feststoffe auf dem Unterschied der spezifischen Dichte des Wassers und der Feststoffe· Dementsprechend ist der Abtreimwirkungsgrad ausgezeichnet,' während sich das Wasser in Buhe befindet. Wenn das Wasser jedoch fließt oder vibriert, wie im Falle einer kontinuierlichen Behandlung, sinkt der Wirkungsgrad sehr stark ab.

Der Erfindung lag die Aufgabe· zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es gestatten, einen hohen Abtrennwirkungsgrad auch dann.beizubehalten, wenn das Wasser fließt oder vibriert. Dabei sollen die Feststoffe in einer kontinuierlichen Weise aus dem Wasser abgetrennt werden, ohne daß komplizierte Arbeitsvorgänge für die Erzeugung von reinem Wasser er-^ forderlich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Elektrolyse unter Verwendung von Elektroden durchgeführt wird, wobei mindestens eine ganz oder teilweise eine poröse gitter- oder netzförmige Struktur aufweist, worauf ein feiner Schaum, bestehend aus Wasserstoff oder Sauerstoff, auf der Elektrodenoberfläche erzeugt und das gesamte, die Feststoffe enthaltende Wasser durch diese Elektrodenstruktur hindurchgeschickt wird, wobei während des Durchganges durch die Elektrodenstruktur alle Feststoffe die Gase berühren und absorbieren und zur Wasseroberfläche aufsteigen, worauf man das Wasser allein ausströmen läßt, so daß man reines Wasser erhält. Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens_o

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Nach der Erfindung wird ein Verfahren zur Abtrennung von in Wasser enthaltenen Feststoffen geschaffen, bei welchem die Feststoffe durch Elektrolyse aufgeschwemmt und abgetrennt werden. Dabei wird mindestens eine Elektrode senkrecht zum Boden der elektrolytischen Zelle angeordnet, wobei mindestens eine der Verwendeten Elektroden teilweise oder ganz eine poröse gitter- oder netzförmige Struktur aufweist, während das Wasser in der Weise zugeführt wird, daß das gesamte Wasser zwingend durch eine oder mehrere derartige Elektrodenstrukturen hindurchströmt .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abtrennung von in Wasser enthaltenen Feststoffen ist gekennzeichnet durch eine elektro-Iytische ZeIIe^ in welcher mindestens eine Elektrode senkrecht zum Boden der Zelle angeordnet ist und mindestens teilweise eine poröse gitter- oder netzförmige Struktur aufweist, während mindestens eine Elektrode horizontal in der Nähe des Bodens der Zelle angeordnet oder an diesem befestigt ist, die ebenfalls mindestens teilweise eine poröse gitter- oder netzförmige Struktur besitzt. Die Vorrichtung wird so eingesetzt, daß, wenn das die Feststoffe enthaltende Wasser an einem Ende der elektrolytischen Zelle zugeführt wird, das gesamte, die Feststoffe enthaltende Wasser zwingend durch eine oder mehrere derartige Elektrodenstrukturen hindurchströmt.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abtrennung von Feststoffen aus Wasser besteht aus einer elektrolytischen Zelle, in welcher Elektroden senkrecht zur Bodenfläche der Zelle angeordnet sind, von denen mindestens eine zumindest teilweise eine poröse, gitter- oder netzförmige

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Struktur aufweist. Dabei wird die Vorrichtung in der Weise eingesetzt, daß, wenn das Wasser der elektrolytischen Zelle von einer Seite zugeführt wird, das gesamte, die Feststoffe enthaltende Wasser zwingend durch eine oder mehrere derartige Elektrodenstrukturen hindurchströmt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können die verwendeten Elektroden entweder senkrecht oder horizontal oder auch schräg angeordnet sein, vorausgesetzt, daß mindestens eine der Elektroden (wobei es ,sich entweder um die Anode oder die Kathode handeln kann) senkrecht zum Boden der elektrolytischen Zelle angeordnet sein muß, wobei die Elektroden eine solche Läge einnehmen müssen, daß das gesamte, die Feststoffe enthaltende Wasser durch mindestens eine der Elektrodenstrukturen hindurchströmt. Die Anzahl der verwendeten Elektroden muß hinreichend sein, um die Elektrolyse zu bewirken. Es kann jedoch ein höherer Trennwifkungsgrad erreicht werden, wenn man. die Anzahl der Elektroden erhöht. Die Größe der Durchlässe innerhalb der erwähnten Elektrodenstruktur ist nicht besonders festgelegt, obwohl sie normalerweise im Bereich von 0,0-1 bis 30 mm liegt. Das verwendete Elektrodenmaterial kann metallisch oder nichtmetallisch sein, vorausgesetzt, daß es elektrisch leitend ist, wie z.B. Aluminium, Graphit, magnetisches Eisenoxyd oder Silicium enthaltendes Gußeisen als Anode und Eisen, Edelstahl, Nikkei, Kupfer oder Graphit als Kathode.

Das eingangs erwähnte,'herkömmliche Flotationstrennverfahren macht sich den bekannten Auftriebs- und Schwimmeffekt von durch die Wasserelektrolyse erzeugtem Wasserstoff und Sauerstoff zunutze, wobei die in dem Wasser vorhandenen Feststoffe mit diesen

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Gasen in Kontakt gebracht werden und sie absorbieren. Mittels dieses Verfahrens kann man das durchschnittliche spezifische Gewicht der Feststoffe gegenüber dem normalen spezifischen Gewicht erheblich herabsetzen, so daß sie leichter als Wasser werden und zur Wasseroberfläche aufsteigen. Der geringe Berührungswirkungsgrad zwischen den Feststoffen und den Gasen wirkt jedoch dem Flotationseffekt stark entgegen. Wenn das Wasser in Kühe gehalten wird, steigen die Feststoffe an, schwimmen auf der Oberfläche und werden vom Wasser abgetrennt. Wenn jedoch das Wasser strömt, wie z.B. während einer kontinuierlichen Behandlung, wird das erzeugte Gas Gas gestört und übt auf die Feststoffe keinen zufriedenstellenden Flotationseffekt aus. Wenn jedoch die Elektrolyse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt wird, muß das die Feststoffe enthaltende Wasser durch eine der erwähnten Elektrodenstrukturen hindurchtreten, wobei die im Wasser enthaltenen Feststoffe zwingend mit dem feinen Schaum in Berührung kommen, der die gesamte Oberfläche eines solchen Elektrodenteils überzieht, wenn das Wasser kontinuierlich hindurchströmt, und zwar auch dann, wenn das Wasser fließt oder gerührt wird. Dadurch werden die Feststoffe leichter als Wasser, steigen auf und schwimmen auf der Wasseroberfläche, während das Wasser, das die Elektroden durchströmt hat, rein ist und keine Feststoffe enthält.

Die Erfindung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren 1 bis 4 zeigen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

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In den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemaßen Vorrichtung ist die elektrolytische Zelle mit 1, die Anode mit 2, die Kathode mit 3 "und innerhalb der Zelle angeordnete Führungsplatten sind mit 4- bezeichnet..

Die Figur 1 erläutert ein Ausführungsbeispiel, bei welchem alle Elektroden in einer senkrechten Lage zur Bodenfläche der Zelle angeordnet sind. Das Feststoffe enthaltende Wasser wird von einer Seite der Zelle 1 in die Zelle eingeführt. Daraufhin wird das Wasser durch die erste Führungsplatte 4·, die aus Holz, Kunststoff oder Metall besteht, der ersten Anode 2 zugeleitet. Die Anode 2 besteht ganz aus einer porösen gitter- oder netzförmigen Struktur und nimmt die gesamte Breite und Höhe der ,Zelle 1 ein, so daß das Wasser zwingend diese Anode 2 durchströmt, wobei zumindest einige Feststoffteile mit den durch die Elektrolyse erzeugten Gasen zur Wasseroberfläche aufsteigen, während das Wasser der nachfolgenden Elektrode, bei welcher es sich um die erste Kathode 3 handelt, zugeleitet wird, wobei die Kathode eine Struktur besitzt, die derjenigen der ersten Anode ähnlich ist. In dieser Weise durchströmt das Wasser auch die zweiten und dritten Anoden und Kathoden, wobei es in gleicher Weise behandelt wird, während es schließlich mit Hilfe der zweiten Führungsplatte 4- aus der Anordnung herausgeleitet wird. Die Anordnung der Anoden" und Kathoden ist natürlich nicht auf die dieses Ausführungsbedepieles beschränkt. Es reicht aus", daß nur eine der Elektroden die oben erwähnte Struktur aufweist (mit anderen Worten: die übrigen Elektroden können eine Struktur ohne Durchlässe besitzen). Es ist -auch möglich, wie im Falle der Figuren 2 und 3 nur eine der Elektroden (hierbei kann es sich entweder um die Anode oder auch um die Kathode handeln)

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in der Nähe des Bodens der Zelle 1 anzuordnen oder an diesem in einer horizontalen Lage zubefestigen', während die anderen Elektroden senkrecht zur Bodenfläche angeordnet sind. Nach der Ausführungsform gemäß Fig. 2 besitzt die an der Bodenfläche •befestigte Kathode teilweise eine poröse gitter- oder netzförmige Struktur, so daß das gesamte Wasser, das der Zelle zugeführt wird, zwingend durch diesen Teil der Kathodenstruktur hindurchgeleitet wird.

In Pig. 2 ist die vertikal angeordnete Elektrode die Anode, während es sich bei der horizontalen Elektrode um die Kathode handelt. Die entsprechenden Polaritäten können ausgetauscht werden, obwohl die Anordnung gemäß Fig. 2 wirkungsvoller ist· In Fig. 2 kann die Anode 2 auch teilweise (oder ganz) die oben erwähnte Struktur wie die Kathode '3 besitzen. Die Kathode 3 kann natürlich in ihrer Gesamtheit diese Struktur aufweisen. Der diese Struktur aufweisende Teil der Kathode 3 kann beliebig ausgebildet sein, soweit das gesamte zugeführte Wasser hindurchströmen kann. Nach der Erfindung können die Elektroden auch in der Weise angeordnet sein, wie dies die Figuren 3 uncl 4-zeigen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind drei Anoden vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, daß sich eine einzige Anode über den gesamten Boden der Zelle 1 erstreckt.

Bei den erfindungsgemaßen Verfahren sind die normalen Elektro-Iysebedingungen: Kaumtemperatur (15 bis 35 C) und ein Strom von 1 bis 10 A pro Liter/Minute zugeführten Wassers.

Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet, daß die Strömung des zu behandelnden Wassers die Trennung der Feststoffe aus dem Wasser nicht nachteilig beeinflußt, daß bei der kontinuierli-

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clien Abtrennung von Feststoffen aus einem großen Wasservolumen höchst zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden und daß der kontinuierliche Einsatz der Vorrichtung sich nicht verschlechternd auf ihre Betriebsweise auswirkt, da die Feststoffe zur Wasseroberfläche aufsteigen, ohne daß sie sich auf den Elektroden ansammeln«

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt einen vielfältigen Anwendungsbereich auf vielen Gebieten und bewirkt eine vollständige Abtrennung von suspendierten Feststoffen aus Industrieabwässern verschiedenster Art, während es sich gleichzeitig für Produktionsverfahren eignet.

Die fortschrittliche Wirkungsweise soll im folgenden anhand' mehrerer Beispiele erläutert werden.

Beispiel 1

Drei Titansiebe mit einer Siebgröße von 10> mm (200 mm χ 250 mm) wurden als Anoden und drei Edelstahlsiebe mit einer Siebgröße von 1 mm (200 mm χ 250 mm) wurden als Kathoden eingesetzt. Es wurde eine elektrolytische Zelle (200 mm χ 300 mm χ 250 mm) eingesetzt, in welcher die erwähnten Anoden und Kathoden abwechselnd in einem Abstand von 50 cm senkrecht zur Bodenfläche der Zelle angeordnet waren. Es wurde eine Suspension nach einem Verfahren hergestellt, bei welchem eine Kupferchloridlösung mit einem Gehalt von iOO ppm Kupf er ionen dor ch eine Hinzufügung von Ätznatron neutralisiert wurde, so daß der pH-Wert der Lösung 8,0 war. Dann wurden alle Kupferionen der Lösung in Kupferhydroxydfeststoffe umgesetzt, die in Wasser unlöslich sind.

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Darauf wurde die besagte Lösung der elektrolytischen Zelle kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 1 Liter/Minute zugeführt. Die Elektrolyse wurde bei einer Stromstärke von 5 A durchgeführt, indem eine Gleichstromspannung an die Anoden und Kathoden angelegt wurde. Diese Elektrolyse bewirkte, daß alle Feststoffe aufstiegen und auf der Wasseroberfläche innerhalb der elektrolytischen Zelle schwammen, während reines Wasser abgezogen wurde. Das reine Wasser wurde analysiert, wobei sich herausstellte, daß der Kupfergehalt weniger als 1 ppm war« Hieraus wird deutlich, daß eine ganz ausgezeichnete Feststoffabtrennung durchgeführt wurde. __.-_.-

Beispiel 2

Eine Kohleplatte (200mm χ 300' mm) wurde horizontal als Anode auf den Boden einer elektrolytischen Zelle (200 mm χ 300 mm χ 250 mm) gelegt und bedeckte diesen Boden ganz. Drei Stahlsiebe (200 mm χ 200 mm) mit einer Siebweite von 1 mm wurden als Kathoden senkrecht zu und 50 mm oberhalb der Anode angeordnet, wobei der Abstand der Kathoden 70 mm betrug. Eine Polyvinylchloridplatte wurde in dem Zwischenraum zwischen der Anode und den Kathoden angebracht. Dieser elektrolytischen Zelle wurde die gleiche Suspension, wie auch in Beispiel 1 verwendet wurde, kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 2 ütern/Minute zugeführt, während eine Gleichstromspannung an die Anode und die Kathoden bei einer Stromstärke von 10 A angelegt wurde. Die Ergebnisse zeigten eine ausgezeichnete Durchführung der Feststoffabtrennung, die mit den Ergebnissen der Ausführungsform 1 vergleichbar waren. Die saubere Lösung enthielt nur weniger als 0,2 ppm Kupfer.

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Aus führungs form 5 ' .

Als Kathode wurde ein Messingsieb (200 mm. χ 300 mm) mit einer Siebgröße von 0,01 mm horizontal 50 mm oberhalb der Bodenflä- · ehe der elektrolytischen Fläche (200 mm χ 300 mm χ 250 mm) in der Weise angeordnet, daß die Kathode die gesamte Länge und Breite der Zelle ausfüllte. Als Anoden wurden vier Kohleplatten (jeweils 200 mm χ 150 ^vmm) in einem Abstand von 50 mm senkrecht zur Bodenfläche und jweils 50 mm höher als die Kathode angeordnet. Dieser elektrolytischen Zelle wurde die gleiche Buspension wie in Beispiel 1'kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 1 Liter/Minute zugeführt, und kontinuierlich von einer Stelle unterhalb des Kathodensiebes abgezogen. Eine Gleichspannung wurde an die Kathode und die Anoden zur Erzeugung einer Stromstärke von 5 A angelegt_o Das ErgebnSl^iine ausgezeichnete Feststoff abtrennung, die mit dem Ergebnis des Beispiels 1 vergleichbar ist. Die saubere Lösung enthielt weniger als 0,1 ppm Kupfer.

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Claims

Patentansprüche-

1. Verfahren zur Flotation und Abtrennung von Feststoffen aus Wasser mit Hilfe der Elektrolyse, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eine Elektrode senkrecht zur Bodenfläche einer elektrolytischen Zelle anordnet, wobei mindestens eine Elektrode zumindest teilweise eine poröse, gitter- oder netzförmige Struktur besitzt, wobei man das die Feststoffe enthaltende Wasser in der Weise zuführt, daß das gesamte Wasser zwingend durch eine oder mehrere dieser Strukturen strömt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektrolyse bei Raumtemperatur und einer Stromstärke von 1 bis 10 A pro Liter pro Minute beschickten Wassers durchführt.

3- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man solche Elektrodenstrukturen auswählt, bei welchen die Größe der Durchlässe im Bereich von 0,01 bis 30 mm liegt.

4. Vorrichtung zur Flotation und Abtrennung von Feststoffen aus Wasser, gekennzeichnet durch eine elektrolytische Zelle (1), innerhalb welcher mindestens eine Elektrode (2, 3) vertikal zur Bodenfläche der Zelle (1) angeordnet ist und mindestens teilweise eine poröse, gitter- oder netzförmige

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Struktur aufweisen kann, während mindestens eine Elektrode horizontal in der Nähe des Bodens der Zelle angeordnet oder an diesem befestigt ist und mindestens teilweise eine poröse, gitter- oder netzförmige Struktur aufweist, wobei eine oder mehrere dieser Strukturen den einzigen Durchlaß · für den gesamten Wasserstrom bilden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Durchlässe innerhalb der Elektrodenstruktur im Bereich von 0,01 bis 30 inm liegt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß alle Elektroden (2, 3) senkrecht zum Boden der elektrolytischen Zelle (1) angeordnet sind, wobei mindestens eine der Elektroden (2, 3) mindestens teilweise eine poröse, gitter- oder netzförmige Struktur aufweist.

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