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~Verfahren zum Entwässern einer wässrigen Suspension"
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beanspruchte Priorität: 6. April 1982, Niederlande, Nr. 8201454 Die
vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum Entwässern einer wässrigen
Suspension von Schlacketeilchen.
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Beim vollständigen Verbrennen eines aschehaltigen Brennstoffes wird
Schlacke als Nebenprodukt gebildet. Die Verbrennung findet in einem Reaktor statt
und die gebildete Schlacke wird im allgemeinen in einem unterhalb des Reaktors angeordneten
Wasserbad aufgefangen. In Form einer Aufschlämmung läßt sich die Schlacke relativ
einfach transportieren.
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Schlacke bildet sich auch beim Teilverbrennen eines aschehaltigen
Brennstoffes, wie Kohle, Lignit oder Torf. Auch hier wird die gebildete Schlacke
üblicherweise in einem Wasserbad aufgefangen, wobei eine wässrige Suspension gebildet
wird. Die
wässrige Suspension wird dann aus dem Wasserbad ausgetragen.
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Weil in dem Reaktor vorzugsweise ein erhöhter Druck aufrecht erhalten
wird, ist ein Schleusensystem erforderlich, um die wässrige Suspension auszutragen.
Eine für diesen Zweck geeigne Methode wird in der US-Patentschrift Nr. 3 994 702
beschrieben.
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Es ist im allgemeinen nicht möglich, die wässrige Suspension als solche
weiterzuverarbeiten oder abzulagern, und daher ist es sehr erwünscht, die Suspension
zu entwässern. Die Schlacke teilchen können anschließend verarbeitet und für andere
Zwecke verwendet werden, beispielsweise im Straßenbau. Das geklärte Wasser- kann
dann ohne die Gefahr einer Umweltverschmutzung abgelassen werden.
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Wenn das Entwässern der Suspension mittels Siebeinheiten durchgeführt
wird, werden aber die kleinen Schlacketeilchen in der Suspension von diesen Siebeinheiten
nicht abgefangen, sondern fließen zusammen mit der Wasserphase weg. Wenn andererseits
ein Filter verwendet wird, können die kleinen Schlacketeilchen eine Blockierung
des Filters verursachen. Es ist zwar an sich möglich, die kleinen Schlacketeilchen
mittels eines Flockungsmittels zu größeren Teilchen zu agglomerieren. Weil aber
in diesem Fall auch die größeren Teilchen mit dem Flockungsmittel reagieren, ist
es für die vollständige Agglomerierung der kleinen Teilchen erforderlich, eine relativ
große Menge an Flockungsmittel zu der Suspension zuzusetzen, was unwirtschaftlich
ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren löst dieses technische Problem.
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Bei der Erfindung werden die Schlacketeilchen zunächst entsprechend
ihrer Teilchengröße voneinander getrennt und erst dann entwässert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entwässern einer wässrigen Suspension
von Schlacketeilchen ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension in
unterschiedliche Fraktionen aufgetrennt wird, welche die groben Teilchen bzw. die
Teilchen mittlerer Größe bzw. die feinen Teilchen enthalten, und daß diese Fraktionen
getrennt für sich entwässert werden.
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Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die
wirksamste Entwässerungstechnik für jede der genannten Fraktionen auszuwählen. Die
Teilchengröße hat nämlich einen bedeutsamen Einfluß auf diese Wahl. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren erfolgt die Trennung zwischen den groben Teilchen und den Teilchen mittlerer
Größe vorzugsweise bei Teilchen mit einem Durchmesser von 0,5 bis 2 mm und insbesondere
bei Teilchen mit einem Durchmesser von 1 mm. Die Trennung zwischen den Teilchen
mittlerer Größe und den feinen Teilchen wird vorzugsweise bei einem Teilchendurchmesser
von 0,01 bis 0,1 mm und insbesondere bei einem Teilchendurchmesser von 0,06 mm durchgeführt.
Infolge einer solchen Auftrennung enthält die Fraktion mit groben Teilchen vorzugsweise
im wesentlichen nur Teilchen mit einem Durchmesser von mehr als 1 mm, die Fraktion
mit Teilchen mittlerer Größe enthält vorzugsweise im wesentlichen nur
Teilchen
mit einem Durchmesser im Bereich von 0,06 bis 1 mm und die Fraktion mit feinen Teilchen
besteht vorzugsweise im wesentlichen nur aus Teilchen mit einem Durchmesser unterhalb
~),£# mm.
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Die Reihenfolge, in welcher die Suspension in die genannten Fraktionen
aufgeteilt wird, ist jedoch nicht von wesentlicher Bedeutung. So ist es möglich,
zuerst die feinen Teilchen von den groben und den Teilchen mittlerer Größe abzutrennen
und anschließend die verbleibende Suspension in eine Fraktion mit groben Teilchen
und eine weitere Fraktion mit Teilchen mittlerer Größe aufzutrennen. Vorzugsweise
werden jedoch die groben Teilchen zuerst von der Suspension abgetrennt.
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Um die groben Teilchen aus der Suspension abzutrennen, können ganz
verschiedene Trennvorrichtungen gebraucht werden. Bei der Auswahl der Trennvorrichtung
muß auch die erodierende und abschmirgelnde Wirkung der Schlacketeilchen als Faktor
berücksichtigt werden.
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Beispielsweise besteht bei Hydrozyklonen die Gefahr einer schwerwiegenden
Beschädigung. Aus diesem Grund wird die Fraktion mit Grobteilchen vorzugsweise mittels
einer oder mehrerer Siebeinheiten aus der Suspension abgetrennt und außerdem entwässert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein statisches
Sieb verwendet, um den größeren Anteil Wasser aus der Suspension abzutrennen,während
gleichzeitig die groben Teilchen abgetrennt werden. Anschließend erfolgt dann eine
Behand-
Lung mit einem Vibrationssieb, um das restliche Wasser abzutrennen,
so daß die Fraktion mit groben Teilchen ausreichend entwässert wird. Die so abgetrennten
groben Teilchen werden dann für die weitere Verarbeitung ausgetragen.
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Die verbleibende Suspension enthält die Teilchen mittlerer Größe und
die feinen Teilchen und wird anschließend in zwei Fraktionen aufgetrennt. Zu diesem
Zweck wird sie einen oder mehreren Klassierungseinheiten zugeführt. Für die Auftrennung
SindKlassierungseinheiten ganz unterschiedlicher Art geeignet.
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So kann ein Schneckenklassierer oder ein Rechenklassierer Verwendung
finden. Es ist aber auch möglich, eine Hydroklassierungseinheit oder einen üblichen
Klassierkonus für diesen Zweck zu verwenden. Vorzugsweise wird jedoch die Auftrennung
zwischen den Teilchen mittlerer Größe und den feinen Teilchen mittels einem oder
mehreren Hydrozyklon(en) durchgeführt. Die erodierende oder abschmirgelnde Wirkung
der Teilchen mittlerer Größe und der feinen Teilchen ist wesentlich geringer als
diejenige der groben Teilchen. Das Risiko einer Beschädigung der Hydrozyklone ist
daher gering. Darüber hinaus kann das Beschädigungsrisiko auch noch weiter dadurch
vermindert werden, daß das Innere der Hydrozyklone mit einer geeigneten Schutzauskleidung
versehen wird. Die Hydrozyklone arbeiten so wirtschaftlich, weil sie eine sehr selektive
Auftrennung ermöglichen. Das bedeutet, daß nur relativ wenige feine Teilchen in
die Fraktion der Teilchen mittlerer Größe mitübergehen.
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Die Fraktion der Teilchen mittlerer Größe wird anschließend entwässert.
Für diesen Zweck sind ganz unterschiedliche Arten von Trennvorrichtungen geeignet.
Geeignete Typen sind bei-5p alsweise Entwässerungs-Siebeinheiten (z.B. ein ~Fördertechni.#-Sieb"
oder ein " Elliptex-Entwässerer." , vgl. L. Svarovsky, ~Solid-liquid separation,
Butterworths-Verlag, 1979, S.165-167).
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Auch eine Anzahl von unterschiedlichen Filtrationseinheiten und Entwässerungssieben
kann für diesen Zweck eingesetzt werden.
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Vorzugsweise wird die Fraktion mit den Teilchen mittlerer Größe mittels
einem oder mehreren Entwässerungs-Rechen entwässert.
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Diese Entwässerungseinheiten sind besonders billig und zuverlässig.
Darüber hinaus wird während des Entwässerungsvorganges eine weitere Auftrennung
zwischen mitgerissenen feinen Teilchen und den Teilchen mittlerer Größe bewirkt.
Die dabei gebildete wässrige Phase, welche nur noch wenige feine Schlacketeilchen
enthält, wird vorzugsweise im Kreislauf zu den Klassierungseinheiten zurückgeführt,
insbesondere wenn es sich dabei um Hydrozyklone handelt. Auf diese Weise wird sichergestellt,
daß kein verschmutztes Wasser in die Umgebung abgelassen wird.
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Die aus den Klassierungseinheiten abgezogene Fraktion feiner Teilchen
wird vorzugsweise in ein oder mehrere Absetzbecken eingespeist. Hier findet eine
Aufkonzentrierung der feinen Schlacketeilchen statt. Vorzugsweise wird das Konzentrat
einer oder mehreren Filterpressen zugeführt, wo die weitere Entwässerung stattfindet.
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Die Absitzgeschwindigkeit der feinen Teilchen in den Absetzbecken
ist niedrig, weil die Abmessungen der Teilchen so klein sind. Teilchen mit kolloidalen
Abmessungen setzen sich überhaupt nicht ab. Vorzugsweise wird daher zu der Fraktion
mit den feinen Teilchen ein Flockungsmittel zugesetzt. Der Zusatz des Flockungsmittels
kann in den Absetzbecken selbst erfolgen, vorzugsweise setzt man das Flockungsmittel
aber stromaufwärts von den Absetzbecken zu. Weil bereits ein beträchtlicher Anteil
der Schlacketeilchen aus der Suspension abgetrennt worden ist, ist nur eine relativ
geringe Menge an Flockungsmittel erforderlich. Als Flockungsmittel geeignet sind
verschiedene kationische oder anionische Polymere.
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Das aus den Absetzbecken als Uberlauf abgezogene Wasser ist klar und
enthält weniger als 50 Teile pro Million an Schlacketeilchen. Dieses Uberlaufwasser
kann ohne Gefahr einer Umweltverschmutzung direkt in Oberflächenwasser eingeleitet
werden.
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Es kann aber auch mindestens zum Teil im Kreislauf in das Verfahren
zurückgeführt und als Waschwasser und/oder Transportmedium verwendet werden. Das
aus den Filterpressen abgezogene Filtrat enthält noch eine geringe Menge an Schlacketeilchen.
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Um diese geringen Mengen an Schlacketeilchen auch noch aus der Suspension
abzutrennen, wird es bevorzugt, das Filtrat im Kreislauf in die Absetzbecken zurückzuführen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert,
welche in Form eines Fließdiagramms das Verfahren wiedergibt. In der Zeichnung sind
Kompressoren, Ventile, Kontrollvorrichtungen
usw. nicht dargestellt.
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Über eine Leitung 1 wird eine wässrige Schlackesuspension n n statischen
Sieb 2 zugeleitet. Auf diesem Sieb wird eine Fraktion mit Grobschlacketeilchen abgetrennt
und entwässert.
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Diese groben Teilchen gelangen über eine Rinne 3 zu einem Vibrationssieb
5, wo eine weitere Entwässerung stattfindet. Die entwässerten,groben Schlacketeilchen
werden mittels einer Rinne 7 und eines Transportbandes 8 aus dem System ausgetragen.
Der vom statischen Sieb 2 abgetrennte Wasserstrom,der Teilchen mittlerer Größe und
feine Teilchen enthält, sowie der vom Vibrationssieb 5 abgezogene Wasserstrom, der
entsprechende Teilchen enthält, werden über Leitung 4 bzw. über Leitung 6 in einer
Leitung 9 vereinigt. Über diese Leitung 9 wird die wässrige Suspension einer Leitung
10 und damit einem Hydrozyklon 11 zugeführt, in welchem eine Auftrennung zwischen
den Teilchen mittlerer Größe und den feinen Teilchen stattfindet. Eine im wesentlichen
die Teilchen mittlerer Größe enthaltende Suspension wird aus dem Zyklon über Leitung
12 abgezogen und über diese Leitung einem In Entwässerungsrechen 14 zugeführt. /dieser
Entwässerungseinheit werden Teilchen mittlerer Größe aus der Suspension abgetrennt
und über eine Rinne 15 und ein Transportband 16 aus dem System ausgetragen. Die
wässrige Suspension mit den feinen Teilchen wird über eine Leitung 17 wieder der
Leitung 9 zugeführt, so daß die Suspension über Leitung 10 im Kreislauf wiederum
in das Hydrozyklon 11 gelangt.
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Eine wässrige Suspension mit feinen Schlacketeilchen wird über
Leitung
13 aus dem Hydrozyklon 11 abgezogen. In der Leitung 13 wird eine wässrige Lösung
eines Flockungsmittels, welche über einen Behälter 25 und eine Leitung 26 zugeführt
wird, zu der Suspension zugesetzt. Die das Flockungsmittel enthaltende wässrige
Suspension gelangt über eine Leitung 18 in das Absetzbecken 19. Hier findet ein
Eindicken der Suspension statt. Die eingedickte Suspension wird vom Boden des Absetzbeckens
19 über Leitung 20 einer Filterpresse 22 zugeführt. Die darin entwässerten Schlacketeilchen
werden über Leitung 23 aus dem System ausgetragen. Das von der Filterpresse 22 abgezogene
Filtrat wird über Leitung 24 im Kreislauf zu der Suspension in Leitung 13 zurückgeführt.
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Der Wasserüberlauf aus dem Absetzbecken 19. wird über Leitung 21 ausgetragen.
Ein Anteil des geklärten Wassers wird über Leitung 27 dem Vibrationssieb 5 zugeführt,
wo es als Waschwasser dient. Der restliche Anteil des geklärten Wassers wird über
Leitung 28 aus dem System ausgetragen.
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Obwohl in dem Fließdiagramm der Zeichnung nicht wiedergegeben, ist
es möglich, beim erfindungsgemäßen Verfahren auch eine Anzahl von Pufferbehältern
zu verwenden, um Schwankungen in der Zufuhr der einzelnen Produktströme bei kontinuierlichem
Betrieb entgegenzuwirken oder um als Vorratsbehälter zu dienen, wenn absatzweise
gearbeitet wird. Derartige Pufferkessel können geeigneterweise stromaufwärts vom
Hydrozyklon bzw. an einer Stelle zwischen dem Hydrozyklon und dem Absetzbecken bzw.
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zwischen dem Absetzbecken und der Filterpresse angeordnet sein.
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Ausführungsbeispiel In einer Anlage gemäß dem Fließdiagramm der Zeichnung
wird der folgende Versuch durchgeführt: ÜberLeitung 1 werden 34,886 kg/s Wasser
zusammen mit 1,438 kg/s Schlacketeilchen zugeführt. Nach Abtrennung auf dem statischen
Sieb 2 werden die groben Schlacketeilchen auf dem Vibration sieb mit über Leitung
27 zugeführtem Wasser (5,94 kg/s) gewaschen. Hierdurch wird ein Strom von groben
Schlacketeilchen gebildet, der aus 0,708 kg/s Schlacke und 0,236 kg/s Wasser besteht.
Dieser Strom wird über Rinne 7 und Transportband 8 zur weiteren Behandlung ausgetragen.
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Die aus Leitung 4 und Leitung 6 erhalten#Suspensionen werden in Leitung
9 vereinigt, durch welche pro Sekunde 40,59 kg Wasser und 0,73 kg Schlacketeilchen
strömen. Uber Leitung 17 werden dem Strom in Leitung 9 3,76 kg/s Wasser zusammen
mit 0,188 kg/s Schlacketeilchen zugeführt. Nach Auftrennung in dem Hydrozyklon 11
werden dem Entwässerungsrechen 14 über Leitung 12 3,87 kg/s Wasser und 0,430 kg/s
Schlacke zugeführt. In der Entwässerungsvorrichtung werden 0,242 kg/s Schlacketeilchen
mittlerer Größe zusammen mit 0,110 kg/s Wasser abgetrennt.
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Über Leitung 13 werden dem Absetzbecken 19 40,48 kg/s Wasser und 0,488
kg/s feine Schlacketeilchen zugeführt, wobei diesem
Strom über
Leitung 24 eine Menge von 4,06 kg/s Wasser und 0,027 kg/s Schlacketeilchen zugesetzt
werden, sowie außerdem über Leitung 26 0,01 kg/s Wasser und 0,0002 kg/s Flockungsmittel.
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Insgesamt werden also dem Absetzbecken 19 über Leitung 18 44,55 kg/s
Wasser, 0,515 kg/s Schlacke und 0,0002 kg/s Flokkungsmittel zugespeist. Über Leitung
20 werden der Filterpresse 22 4,39 kg/s Wasser mit 0,515 kg/s Schlacketeilchen und
0,0002 kg/s Flockungsmittel zugeführt.
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In der Filterpresse werden 0,4882 kg/s Feststoffe zusammen mit 0,330
kg/s Wasser abgetrennt und das dabei gebildete Filtrat wird über Leitung 24 im Kreislauf
zurückgeführt.
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Aus dem Absetzbecken 19 werden über Leitung 21 insgesamt 40,16 kg/s
klares Wasser abgezogen. Von dieser Menge werden über Leitung 27 5,94 kg/s dem Vibrationssieb
5 zugeführt, so daß eine Restmenge von 34,22 kg/s Wasser über Leitung 28 aus dem
System ausgetragen wird.