DE3244898A1

DE3244898A1 - Verfahren zur abtrennung von mineralischem ultrafeinen korn aus waschwaessern der kohleaufbereitung bzw. aus kohleschlaemmen

Info

Publication number: DE3244898A1
Application number: DE19823244898
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Dipl.-Chem. Dr. 4178 Kevelaer Hartan; Dietrich Dipl.-Ing. Dr. 6633 Wadgassen Müller; Werner Dipl.-Ing. Dr. 6602 Dudweiler Padberg
Original assignee: Saarbergwerke Ag 6600 Saarbruecken; Saarbergwerke AG; Chemische Fabrik Stockhausen GmbH
Current assignee: Saarbergwerke Ag 6600 Saarbruecken; Saarbergwerke AG; Stockhausen GmbH and Co KG
Priority date: 1982-12-04
Filing date: 1982-12-04
Publication date: 1984-06-07
Also published as: GB2134416B; IN160097B; US4618414A; BE898360A; GB8332401D0; GB2134416A; AU2194283A; PL140420B1; FR2537016A1; AU572479B2; CA1227294A; PL244887A1; ZA838980B; DE3244898C2; FR2537016B1

Description

30.November 1982

Chemische Fabrik Stockhausen GmbH
Bäkerpfad 25, D-4150 KREFELD

Saarbergwerke AG

Postfach 1030, D-66OO SAARBRÜCKEN

Verfahren zur Abtrennung von mineralischem ultrafeinen Korn aus Waschwässern der Kohleaufbereitung bzw. aus Kohleschlämmen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von mineralischem ultrafeinen Korn aus Waschwässern der Kohleaufbereitung bzw. aus Kohleschlämmen.

Bedingt durch moderne Abbaumethoden im Steinkohlebergbau und die Verwendung immer größerer und stärkerer Maschinen bei der Gewinnung der Kohle ist eine Zunahme an feinstem Korn^iO,5 mm in der Aufgabe auf die Steinkohlenaufbereitung zu verzeichnen. Diese Problematik tritt ebenfalls bei der Haldenaufbereitung auf, die in letzter Zeit erheblieh an Bedeutung gewonnen hat. Dieser Feinstkornanteil

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kann weit über 20 % betragen. Besonders problematisch und folgenreich für die Aufbereitung dieses feinsten Korns ist die Zunahme des ultrafeinen Korns si 5 μπι, das wiederum bis zu 30 % des Feinstkorns ausmachen kann. Dieses ultrafeine Korn hat sehr hohe Aschegehalte und besteht zum überwiegenden Teil aus inerten mineralischen Komponenten.

Durch die nahezu kolloidale Eigenschaft dieses ultrafeinen Mineralstoffes wird die Sortierung der Feinstkohle, die _ üblicherweise mit Hilfe der Flotation geschieht, behindert. Dies drückt sich in höherem Reagenzienverbrauch und langen Verweilzeiten in den Flotationsmaschinen, aber auch durch höhere Aschegehalte im Flotationskonzentrat aus.

Ein wesentlich größeres Problem stellt die Anwesenheit dieses ultrafeinen Mineralstoffes bei der Entwässerung des Flotationskonzentrats dar. Durch die große Oberfläche des ultrafeinen Mineralstoffes, aber auch durch die mineralogische Struktur wird sehr viel Wasser gebunden, wodurch insbesondere der Wassergehalt des Flotationskonzentrats ungünstig beeinflusst wird. Außerdem bereitet der Mineralstoff durch das Verstopfen der Kapillaren des Filterkuchens sowie der öffnungen des Filtertuches große Schwierigkeiten, wodurch der Restwassergehalt des Konzentrats häufig nicht unter 20 % zu bringen ist.

Versuche, den ultrafeinen Mineralstoff entweder aus der Rohförderkohle oder aus der Feinstkohle (Flotationsaufgabe) zu entfernen, haben bisher wenig Erfolg gezeigt. Versuche, die Trennung mit Hilfe mechanischer Mittel, wie Zentrifugen oder Zyklone oder durch Läuterung' oder Stromklassierung im Schwerkraftfeld vorzunehmen, scheiterten wahrscheinlich daran, daß die feinen Partikel durch Massen- und Oberflächenanziehungskräfte an den gröberen in einer Trübe vorhandenen Partikeln agglomeriert werden. Diese Bindung ist sehr fest und mit Hilfe mechanischer

Einwirkung, z.B. Attrition, nicht aufzubrechen. Trennmethoden, die auf elektrochemischen Vorgängen beruhen, bzw. durch elektrochemische Vorgänge maßgeblich beeinflußt werden, steht die Schwierigkeit entgegen, daß die ultrafeinen Partikel des die Kohle verunreinigenden feinstkörnigen Mineralstoffs im neutralen pH-Bereich, in dem bei der Kohleaufbereitung üblicherweise gearbeitet wird, ein hohes negatives Oberflächenpotential besitzen, währen! die Kohle selbst ein positives oder nur sehr geringfügig negatives Potential aufweist. Diese Potentialdifferenz zwischen Mineralstoff- und Kohleteilchen führt zu einer Koagulation der Kohlepartikel mit den Mineralstoffpartikeln.

Eine mögliche Problemlösung könnte hier die selektive Flokkung bieten. Das Ziel der selektiven Flockung ist es, in einer Trübe mit mehreren mineralischen Komponenten eine Komponente flocken und sedimentieren zu lassen, während die anderen im dispersen Zustand verbleiben. In der Erzaufbereitung bzw. der Aufbereitung mineralischer Schlämme sind auch bereits Verfahren vorgeschlagen worden, mit HiI-fe selektiv wirkender Flockungsmittel sowohl anorganischer als auch organischer Herkunft eine selektive Flockung der einzelnen Komponenten einer Trübe herbeizuführen (Müller u.a., Erzmetall 33, 1980, Seiten 94 bis 99). Eine hohe Selektivität derart, daß eine Komponente möglichst quantitatiν ausgeflockt wird und damit abgetrennt werden kann, konnte jedoch besonders bei hochmolekularen Flockungsmitteln auf der Basis von Polyelektrolyten nicht erreicht werden, da praktisch immer eine unselektive Adsorption durch nicht-ionogene Gruppen sowie den Einfluß potentialbestimmender Ionen in der Mineraltrübe auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, das gezielt, d.h. selektiv die weitgehende Abtrennung von ultrafeinem Mineralstoff aus wässrigen Trüben, die bei der Kohle-, insbesondere Steinkohleaufbereitung,

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anfallen, wie Waschwässer der Steinkohleaufbereitung, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Trübe, die Kohle und ultrafeinen Mineralstoff (Berge) enthält, mit Hilfe eines selektiv wirkenden Dispergiermittels auf der Basis eines anionaktiven, organischen, synthetischen Polymers mit einem Molekulargewicht von bevorzugt nicht größer als 10 000 behandelt, bevor, die Kohlekomponente der Trübe und die groben Mineralstoffpartikel, unter Verwendung eines bekannten, vorzugsweise anionischen Flockungsmittels ausgeflockt wird. Hierdurch wird überraschenderweise eine sehr weitgehende, bisher unerreichte Trennung von Kohle"und die Kohle verunreinigendem mineralischem Feinstkorn erreicht.

Durch das spezielle anionische Dispergiermittel werden die von der Kohle abzutrennenden Mineralstoffteilchen selektiv in der wässrigen Dispersion, und zwar über einen längeren Zeitraum hinweg stabilisiert und somit gegen eine unselektive Adsorption von später zugegebenen Flockungsmitteln unempfindlich gemacht■. Die Flockungsmittel flocken dann selektiv die nicht dispergierten Kohleteilchen.

Der Einsatz von hochmolekularen Flockungsmitteln bewirkt die Bildung relativ großer Flocken, so daß der erforderliche Trennprozess, zum Beispiel Sedimentation im Schwerefeld, recht schnell abläuft. Hierdurch verkürzt sich die erforderliche Zeit, in der die Mineraldispersion stabil sein muß und damit zwangsläufig die notwendige Zugabemenge an Dispersionsmittel .

Angesichts der bisher unbefriedigenden Ergebnisse" der selektiven Flockung muß der Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens überraschen, der nicht nur in einer bisher unerreichten Trennung von Kohle und ultrafeinem Korn, son-

dem gleichzeitig in der Möglichkeit der kontinuierlichen Verfahrensweise besteht. Ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren ist angesichts der Dimension der anfallenden Trübemengen eine essentielle Voraussetzung für den Einsatz im Kohlenbergbau. Darüberhinaus bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, ohne aufwendige mechanische Apparaturen auszukommen und nur eine vergleichsweise geringe Menge an Zusätzen, wie Dispergier- bzw. Flockungsmitteln zu benötigen.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Abtrennung von Feinstkorn, insbesondere Ultrafeinstkorn, aus Waschwässern der Kohleaufbereitung bzw. aus Kohleschlämmen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Waschwasser bzw. den Kohleschlamm mit einem selektiv das Feinstkorn stabil dispergierenden Dispergiermittel, vorzugsweise auf der Basis eines anionaktiven, organischen, synthetischen Polymeren behandelt, und danach die Kohle mittels eines an sich bekannten Flockungsmittels selektiv flockt und auf bekannte Weise, bevorzugt durch Sedimentation abtrennt.

Als selektives Dispergiermittel wird bevorzugt ein anionaktives Produkt auf der Basis eines organischen, synthetischen Polymeren eines Molekulargewichts von =£ 10 000 g/Mol verwendet. Der Anionitätsgrad, d.h. der Anteil an anionischen Einheiten in Gewichtsprozent, kann in weiteren Bereichen schwanken und liegt üblicherweise zwischen 5 und 100 %. Das Molekulargewicht des Dispergiermittels ist für den erzielten Erfolg wesentlich. Bei Molekulargewichten von 10 000 nimmt die Effektivität stark ab. Besonders gute Ergebnisse werden mit Dispergiermitteln erhalten, deren Molekulargewicht im Bereich von 3 000 bis 7 000 liegen. Für die Wirksamkeit des Dispergiermittels spielt neben dem Molekulargewicht naturgemäß auch die chemische Zusammensetzung eine Rolle. Durch Routineversuche kann jedoch der

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Fachmann \mter Berücksichtigung der Eigenschaften der vorliegenden Aufgabetrübe (Zusammensetzung, Feststoffgehalt) das optimale Dispergiermittel und das optimale Molekulargewicht sowie die geeignete Menge ermitteln. Geeignete Dispergiermittel sind:

1. Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure

2. Copolymere von Acrylsäure/Acrylamid, Methacrylsäure/ Methacrylamid von 5 bis 99 Gew.-% Acrylsäure/Methacrylsäure

-JO 3. Copolymere aus Acrylsäure/Acrylaten, zum Beispiel Acrylsäure/Isopropylacrylat (mit 5 bis 99 Gew.-% Acrylsäure)

und deren Salze
4. Poly-2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure und deren Salze
5. Copolymere von Poly-2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure und deren Salze mit Acrylamid (mit 5 bis 99

Gew.-% AMPSJ

6. Acroleinpolymere

7. Polymaleinsäure, deren Copolymere mit Acrylamid und Acrylsäure und deren Salze.

Das Dispergiermittel wird der Kohlentrübe zweckmäßig unter Rühren und gegebenenfalls weiterer Verdünnung mit Wasser zugesetzt. Typische Waschwasser der Kohlenaufbereitung haben einen Feststoffgehalt von bis zu 50 g/l.

Die Menge des Dispergiermittels wird ebenso wie die Menge des für die Flockung eingesetzten Flockungsmittels auf die Gewichtsmenge Feststoff (kg/twf) angegeben. Die Dispergiermittelmenge beträgt üblicherweise von 0,2 bis 1,0 kg/twf.

Nach dem Zusatz des Dispergiermittels wird die Kohle mit einem herkömmlichen, vorzugsweise hochmolekularen Flockungsmittel ausgeflockt.

Geeignete Flockungsmittel sind bekannt. Sie können nichtionisch oder anionisch sein, wobei für die Zwecke der Er-

findung jedoch anionische Flockungsmittel bevorzugt werden. Beispiele für geeignete selektive Flockungsmittel sind

1. hochmolekulares Polyacrylamid

2. hochmolekulares 5 bis 40 Gew.-% anionaktives Flockungsmittel auf der Basis von teilhydrolysiertem Polyacrylamid.

Während der Ausflockung verbleibt das mineralische Feinkorn stabil dispergiert in der überstehenden Trübe. Erst hierdurch ist eine echte selektive Flockung der Kohle und eine weitgehende Trennung von Kohle und Bergen überhaupt möglich.

Die ausgeflockte und sedimentierte Kohle wird zusammen mit ebenfalls sedimentierten gröberen Mineralteilchen als Unterlauf abgezogen und kann einer üblichen Flotationsbehandlung zugeführt werden. Im überlauf wird das dispergierte Ultrafeinstkorn abgezogen, das erforderlichenfalls ebenfalls durch Verwendung eines geeigneten Flockungsmittels eingedickt werden kann. Hierfür haben sich bevorzugt kationische Flockungsmittel als geeignet erwiesen.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert:

Beispiel 1:

Ein Waschwasser aus einer Steinkohlenaufbereitung mit einem Feststoffgehalt /TS) von 28 g/l wird mit einem Dispergiermittel auf der Basis eines Na-Acrylat/Acrylamid-Copolymeren (85 % Na-Acrylat, 15 % Acrylamid; Molekulargewicht ca. 6 000 g/mol) in einer Menge von 1,8 kg pro t Feststoff (= 0,5 kg/twf) versetzt und gut durchmischt. Anschließend '--wird ein 40 Gew.-% anionaktives Flockungsmittel auf der Basis von teilhydrolysiertem Polyacrylamid mit hohem MoIekulargewicht in einer Menge von 360 g/twf zugegeben. Nach der Sedimentation bleiben in der überstehenden Trübe 8,3 g/l Feststoff (FS) dispergiert. Der Ascheanteil dieses

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Feststoffs liegt bei 83,7 % (Versuchsmenge an Waschwasser: 250 ml).

Beispiel 2:

Es wird unter sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 gearbeitet, jedoch wird als Flockungsmittel ein 30 Gew.-% anionisches Polymer in einer Menge von 90 g/twf verwendet. Der Feststoffgehalt in der überstehenden Trübe nach der Sedimentation beträgt 5,1 g/l mit einem Aschegehalt von ' 95 %.

Beispiel 3:

Unter sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 wird als Flockungsmittel ein 40 Gew.-% anionaktives- Polymer gleichen Molekulargewichts in einer Menge von 30 g/twf verwendet. Der Feststoffgehalt in der überstehenden Trübe beträgt 11,6 g/l bei einem Aschegehalt von ca. 76 %.

Beispiel 4;

Unter sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wird mit einem Dispergiermittel auf Basis eines Copolymeren aus 10 % Na-acrylat und 90 % Acrylamid mit einem Molekulargewicht von ca. 5 000 g/mol gearbeitet. Geflockt wird mit einem 30 Gew.-% anionischen Polymeren in einer Menge von 180 g/twf. In der überstehenden Trübe bleiben 5,2 g/l Feststoff dispergiert; der Aschegehalt beträgt 89 %.

Beispiel 5:

Ein Waschwasser mit einem Feststoffgehalt von 55 g/l wird mit dem Dispergiermittel gemäß Beispiel 1 in einer Menge von 455 g/twf behandelt; geflockt wird mit 34 g/twf eines zu 30 Gew.-% anionischen Polymers. Dispergierter Feststoff: 3,4 g/l; Asche 86 %. (Versuchsmenge an Waschwasser: 4 1)

Beispiel 6:

Unter sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 5 wird mit einem Dispergiermittel auf der Basis eines Copolymeren aus 50 % Na-Acrylat und 50 % Acrylamid eines Molgewichts von ca. 4 000 g/mol gearbeitet. Geflockt wird mit einem zu 30 Gew.-% anionischen Polymeren. Dispergierter Feststoff: 5,4 g/l, Asche: 86 %.

Beispiel 7:

Unter sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 5 wird als Dispergiermittel Natriumpolyhydroxycarboxylat (Molekulargewicht ca. 3 800 g/mol) verwendet. Dispergierter Feststoff: 2,0 g/l; Asche 89 %.

Beispiel 8:

Unter sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 5 wird als Dispergiermittel ein Terpolymeres aus Acrylamid/Acfylsäure/AMPS (40/50/10) eingesetzt. Dispergierter Feststoff: 1,5 g/l; Asche: 81 %.

Beispiel 9:

Ein Waschwasser aus einer Haldenaufbereitung mit einem Feststoffgehalt von 62 g/l und 55 % Asche wird mit einem Dispergiermittel auf der Basis eines Na-Acrylat/Acrylamid-Copolymeren (85 % Na-Acrylat 15 % Acrylamid; Molekulargewicht ca. 6 000 g/mol) in einer Menge von 500 g/twf versetzt und gut durchgemischt. Anschließend wird ein 40 Gew.-% anionaktives Flockungsmittel in einer Menge von 15 g/twf zugegeben. Nach der Sedimentation bleiben in der überstehenden Trübe ein Feststoff mit einem Ascheanteil von 81 %. Der Ascheanteil des Sediments beträgt 26 %.

Beispiel 10:

Dieses Beispiel beschreibt das erfindungsgemäße Verfahren im kontinuierlichen Betrieb (Pilotanlage). Die Anordnung

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4f

der Anlage geht aus der anliegenden Figur hervor: Im Konditionierbehälter (1) werden Aufgäbetrübe, Wasser-und Dispergiermittel mittels Rührer (2) innig vermischt. Im Sedimentationsbehälter (3), der ebenfalls mit einem Rührer (4) versehen ist, wird das Flockungsmittel zudosiert. Die Kohle wird geflockt und sedimentiert und mit gröberen mineralischen Bestandteilen mittels Transportschnecke (6) gefördert und als Unterlauf abgezogen. Der Feststoff der
überstehenden Trübe besteht im wesentlichen aus ultrafeinem Korn. Das dispergierte ultrafeine Korn kann ebenfalls durch Zugabe eines geeigneten Flockungsmittels ausgeflockt werden.

Technische Daten:

Inhalt des Sedimentationsbehälters: Inhalt des Konditionierbehälters: Durchsatzmenge: .

Verweilzeit im Konditionierbehälter: Verweilzeit im Sedimentationsbehälter

1,8m 0,5 m

0,4-0,6 m /h ca. 1 min 4,5-3 min

Dispergiermittel: Copolymer aus 85 % Acrylsäure/15 %

Acrylamid; Molekulargewicht ca. 6000 g/mol;

Flockungsmittel: Zu 30 Gew.-% anionisches Polymer

mit hohem. Molekulargewicht.

Ergebnis:

Durchsatz TS

^M/minJ £fcgw£/min7 /"g/17

Asche

Aufgabe:	440	30,0	68	49
Unterlauf:	40	21,5	537	42
Überlauf:	400	8,5	21	66

Der feinstkornhaltige Überlauf kann durch Zugabe eines weiteren Flockungsmittels und anschließender Sedimentation geklärt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Abtrennung von mineralischem Feinstkorn von=== 32 μπι aus Waschwässern der Kohle- und Haldenaufbereitung bzw. Kohleschlämmen, dadurch gekennzeichnet, daß man das Waschwasser bzw. Kohleschlamm mit einem anionaktiven selektiven Dispergiermittel für das mineralische Feinstkorn, gegebenenfalls unter Rühren und Verdünnung, behandelt und aus der erhaltenen stabilen Dispersion die Kohle unter Verwendung eines an sich bekannten Flockungsmittels selektiv ausflockt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Dispergiermittel ein anionaktives Polymeres eines Molekulargewichts von*=10 000 g/mol verwendet.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Dispergiermittel ein anionaktives, organisches, synthetisches Polymeres mit einem Anionitätsgrad von 5 bis 100 Gew.-% verwendet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kohle mit einem anionaktiven Flockungsmittel ausflockt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren kontinuierlich "durchgeführt wird.