Untersuchungen über die Entwässerung durch Heizöl umbenetzter Steinkohlenschlämme, insbesondere über das „Convertol“-Verfahren

121 Pages·1961·6.382 MB·German

by  Prof. Dr.-Ing. habil. August Götte, Dipl.-Ing. Manfred Schäfer (auth.)

FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Herausgegeben
im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Franz Meyers
von Staatssekretär Professor Dr. h.c. Dr. E.h. Leo Brandt
Nr.993
Prof. Dr.-Ing. habil. August Götte
Dipl.-Ing. Manfred Schäfer
Institut für Aufbereitung, Kokerei und Brikettierung
der Technischen Hochschule Aachen
Untersuchungen über die Entwässerung durch Heizöl
umbenetzter Steinkohlenschlämme, insbesondere
über das "Convertol"-Verfahren
082
Als Manuskript gedruckt
WESTDEUTSCHER VERLAG I KOLN UND OPLADEN
1961
ISBN 978-3-663-03835-1 ISBN 978-3-663-05024-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-05024-7
Die vorliegende Arbeit wurde im Institut für Aufbereitung, Kokerei und
Brikettierung der Technischen Hochschule Aachen durchgeführt. Dem Lei
ter des Instituts, Herrn Professor Dr.-Ing. habil. A. GÖTTE, danke ich
herzlich für die Anregung zu dieser Untersuchung und für die wohlwollen
de Förderung und Beratung bei ihrer Durchführung. Ebenso möchte ich
Herrn Professor Dr. habil. W. PETERSEN für seine Hinweise danken.
Mein Dank gilt weiterhin dem Ministerium für Wirtschaft und Verkehr
des Landes Nordrhein-Westfalen, das die Ausführung dieser Arbeit er
möglichte.
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G 1 i e der u n g
Einleitung • . . . • . • . . S. 1
A. Untersuchung verschiedener Einflüsse auf den Endwasser
gehalt des Convertol-Konzentrats .••••. S. 10
I. Beziehung zwischen der Höhe des Ölzusatzes und dem
Endwassergehalt des Convertol-Konzentrats •••. S. 10
1. Arbeitsweise und Versuchsbedingungen S. 10
2. Ergebnis der Untersuchung ......• S. 13
3. Untersuchung möglicher Einflüsse auf den Endwasser
gehalt des Convertol-Konzentrats bei steigendem
Ölzusatz ...••. . . • . • . S. 18
3.1 Zusammenhang zwischen der Größe der ölbenetzten
Kohleoberfläche und dem Endwassergehalt des
Konzentrats .. S. 18
3.2 Untersuchung des möglichen Kapillareinflusses
bei unterschiedlich hohem Öl zusatz auf den End-
wassergehalt des Convertol-Konzentrats S. 24
11. Beziehung zwischen Kornaufbau des Schlamms und End
wassergehalt des Convertol-Konzentrats sowie Ölbedarf S. 31
111. Beziehung zwischen Kohleart und Endwassergehalt des
Convertol-Konzentrats sowie Ölbedarf • S. 35
IV. Einfluß verschiedenartiger Öle auf den Endwassergehalt
des Convertol-Konzentrats und den Ölbedarf • . • . s. 40
B. Untersuchungen über die Ursachen für das Zurückhalten von
Wasser im Convertol-Konzentrat S. 53
I. Einfluß von im Konzentrat enthaltenen Bergen auf den
Endwassergehalt •.....•...••. s. 53
1. Arbeitsweise und Versuchsbedingungen S. 53
2. Ergebnis der Untersuchungen .•••. S. 55
11. Untersuchung des Grades der Ölbenetzung umbenetzter
Kohlekörner S. 60
1. Schrifttum S. 60
2. Theoretische Überlegungen . S. 61
Sei te 5
3. Eigene Untersuchungen . . • . • . • . • . . . . .. s. 62
3.1 Randwinkel-Messungen im System Kohle + Wasser +
Heizöl S. 62
3.11 Arbeitsweise und Versuchsbedingungen . s. 62
3.12 Ergebnisse der Randwinkel-Messungen s. 63
3.2 Reagenzglas-Versuche zur Umbenetzung wasserbe-
netzter Kohle . . • • • • . • . . • . • . • . . s. 67
3.3 Mikroskopische Untersuchungen an umbenetzten
Steinkohlenschlämmen s. 68
3.31 Vergleich verschiedener mikroskopischer
Arbeitsweisen ......•.••.. s. 69
3.32 Ergebnisse der mikroskopischen Unter-
suchungen s. 71
111. Im Convertol-Konzentrat durch Kapillarkräfte gebun-
denes Wasser . . • • • . • • • S. 78
1. Grundsätzliche Überlegungen zur Untersuchung der
Frage . . . . . . . . . . . . s. 78
2. Durchführung der Untersuchung. s. 79
3. Ergebnis der Untersuchung . s. 81
4. Ergänzende Untersuchungen • s. 82
4.1 Endwassergehalt des Convertol-Konzentrats in
Abhängigkeit vom Öl zusatz mit und ohne Zugabe
von Terpineol . . • . • • • . . . • • • S. 82
4.2 Untersuchung der den Endwassergehalt bei Ter
pineolzusatz möglicherweise beeinflussenden
Größen s. 86
5. Zusammenfassende Betrachtung s. 91
IV. Im Convertol-Konzentrat mechanisch eingeschlossenes
Wasser . . S. 92
Zusammenfassung s. 95
Schrifttumsverzeichnis • . s. 98
Sei te 6
Einleitung
Im Zuge der Mechanisierung der Steinkohlengewinnung und im Bestreben,
die Kokskohlengrundlage zu verbreitern, gewinnt das Problem der Feinst
korn-Aufbereitung junger Kohlen eine immer größere Bedeutung. Diese stel
len der Flotation und der Entwässerung, insbesondere in Gegenwart be
trächtlicher Mengen allerfeinster Tone und Letten große Schwierigkeiten
entgegen [16, S. 34J*)
Das Convertol-Verfahren bietet vielleicht die Möglichkeit, diese Schwie
rigkeiten zu überwinden. Es handelt sich hierbei um eine Arbeitsweise
zur Sortierung und Entwässerung von Schlämmen, deren Verunreinigungen
im wesentlichen aus tonigen oder lettigen Bestandteilen bestehen, wäh
rend gröbere Berge weniger gut, oberhalb 0,2 bis 0,3 mm überhaupt nicht
mehr abgeschieden werden können. Das Verfahren ist noch sehr jung und
hat bisher in der Steinkohlenaufbereitung nur wenig Eingang finden kön
nen. Ein besonderer Vorteil liegt darin, daß im Konzentrat ein sehr nied
riger Wassergehalt erreicht wird, der nach einer unveröffentlichten Zu
sammenstellung von MÜSCHENBORN und SCHIEDER zwischen 7 und 20 % W liegt,
während die Flotations-Konzentrate nach der Filterung nicht unter 21 % W
enthalten [13, S. 27J.
Beim Convertol-Verfahren werden den Schlämmen geringwertige Öle, wie
mineralisches Heizöl oder seltener auch Steinkohlenteeröl, in Mengen
von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf den Feststoff, zugesetzt, die die Ober
flächen der Kohlekörner unter Verdrängung des Wasserfilms benetzen und
ihre natürliche Wasserabneigung verstärken. Gleichzeitig werden die Koh
lekörner durch das Öl unter Bi~dung verhältnismäßig widerstandsfähiger
Aggregate aneinandergeheftet, so daß bei der Entwässerung nur wenig
Kohle-Feinstkorn ins Abwasser gelangt. Die Bergeteilchen dagegen blei
ben wasserbenetzt und fein verteilt; sie gehen bei der Entwässerung mit
dem Wasser, wenn sie fein genug sind, um durch die Öffnungen der Siebe
o.ä. hindurchtreten zu können.
Vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Entwässerung von Steinkohlen
schlämmen, die durch H~izöl umbenetzt worden sind. Über diese Frage ist
im Rahmen der Entwicklung und Erprobung des Convertol-Verfahrens von
MÜSCHENBORN [SJ, der Gesellschaft für Kohlentechnik m.b.H., Dortmund
Eving [9J, LEMKE [11J und HALL und MacPHERSON[1SJ berichtet worden. Eine
* Die Zahlen in Klammern weisen auf das Schrifttumsverzeichnis am
Ende der Arbeit hin
Sei te 7
Klärung der wissenschaftlichen Grundlagen wurde von GÖTTE [16, S. 18 ff.]
vorgenommen.
MÜSCHENBORN [8] berichtet über Versuche, in denen umbenetzte Schlämme
auf .einer Siebschleuder entwässert wurden. Bei einem Fettkohlenschlamm
mit 10,4 Gew.-% an Korn <60 ~ wurde mit einem Zusatz von 3 Gew.-% Öl
ein Endwassergehalt von 7 % W, bei einem Gasflammkohlenschlamm mit
46,6 Gew. -% Korn < 60 j.L und 10 Gew. -% Öl wurden 11 % als Endfeuch tig
keit erreicht.
Die Gesellschaft für Kohlentechnik [9, S. 16 ff.] untersuchte u.a. die
Frage, welches Verfahren zur Entwässerung umbenetzter Schlämme am zweck
mäßigsten anzuwenden ist und kam zu dem Ergebnis, daß mit Siebschleudern
der beste Entwässerungserfolg zu erzielen ist. Die Endwassergehalte la
gen dabei zwischen 8 und 15 % W, während die bei Filterversuchen erhal
tenen Werte sich auf 18 bis 25 % W beliefen.
LEMKE [11] berichtet über die Verwendung der Pallmann-Mühle für das Um
benetzen der Schlämme mit Öl, wobei mit sehr feinen Schlämmen mit 25
bis 66 Gew.-% an Korn <401l und 14,6 bis 17,1 % Asche in der geschleu
derten Kohle 15 bis 26 % Wund 7,8 bis 11,3 % Asche erreicht wurden.
LEMKE [11, S. 1293] und MÜSCHENBORN [14, S. 2] geben an, daß mit der
Pallmann-Mühle eine vollständige Umbenetzung der Kohlekörner zu errei
chen sei.
HALL und MacPHERSON [18] untersuchten u.a. die Abhängigkeit des End
wassergehalts des Convertol-Konzentrats von der Höhe des Ölzusatzes bei
Verwendung von Heizöl, Paraffinöl, Gasöl und einem Gemisch aus Heizöl
und Paraffinöl. Sie geben seltsamerweise an, daß sich der Zusatz von Öl
auf den Endwassergehalt nicht wesentlich auswirkt und daß der Wasserge
halt der geschleuderten Kohle von der Art des zugesetzten Öls verhält
6].
nismäßig unabhängig ist [18, S. Die genannten Verfasser arbeiteten
mit einer Pallmann-Mühle und einer Siebschleuder bei einer Beschleuni
gung von 1700 x g und bei Maschenweiten des Siebkorbs von 0,2 und 0,3 mm.
Die Versuchsergebnisse, die in Anlage wiedergegeben sind, weisen er
hebliche Schwankungen innerhalb einer Versuchsreihe auf, so daß aus den
Werten keine Kurven gezeichnet werden konnten. Es verwundert daher, daß
überhaupt Aussagen über den Einfluß der Ölmenge auf den Endwassergehalt
gemacht wurden. Ebensowenig kann mit den Versuchsergebnissen ein Ver
gleich der Auswirkung der verschiedenartigen Öle auf den Endwasserge-
halt vorgenommen werden, da, wie aus Zahlentafel 28 der Anlage 1 zu ersehen
Sei te 8
ist, schon ohne Öl, d.h. unter ganz gleichgehaltenen Versuchsbedingungen,
Unterschiede im Endwassergehalt bis zu 10 % auftreten. Der Wert der an
gegebenen Behauptungen ist daher sehr gering.
Untersuchungen, bei denen die natürliche Wasserabweisung der Kohle durch
verschiedene Chemikalien und durch Öle verstärkt werden sollte, wurden
von SCHOLZ [17J und von CHAPMAN und ROGERS [19J durchgeführt. Obwohl die
Zusatzmengen der Öle sehr gering waren und nur 0,6 Gew.-%, bezogen auf
den Feststoff, betrugen, und obwohl keine Umbenetzungsmaschinen ange
wandt wurden, konnte der Endwassergehalt der Schlämme gesenkt. werden.
Die Öle waren emulgiert zugesetzt worden.
Angesichts der von MÜSCHENBORN und LEMKE behaupteten vollständigen Um
hüllung der Kohlekörner eines mit der Pallmann-Mühle umbenetzten Schlam
mes tauchte die Frage auf, warum sich der Endwassergehalt im Convertol
Konzentrat nicht bis auf 0 % W senken läßt. Wie bereits erwähnt, er
reicht man tatsächlich nur Werte zwischen 7 und 20 % W. Dieser besonders
reizvollen Frage sollte in eigenen Versuchen nachgegangen werden. Zu
diesem Zweck mußten die möglichen Ursachen geprüft werden, die das Was
ser im Konzentrat festhalten können. Es wurden folgende Möglichkeiten
ins Auge gefaßt und den Untersuchungen als Versuchsprogramm zugrunde
gelegt:
1. Das Restwasser kann an die Ascheträger des Convertol-Konzentrats
gebunden sein
2. Es ist möglich, daß die Kohlekörner umbenetzter Schlämme nicht
vollständig von Öl umschlossen sind, so daß an den wasserbenetzten
Stellen Adsorptions- und Adhäsionswasser zurückbleiben könnten
3. Durch Kapillarkräfte kann Wasser auch dann festgehalten werden,
wenn die Kohlekörner voll von Öl umhüllt sind; die wasserbindenden
Kräfte könnten durch einen dünnen Ölfilm hindurchgreifen
4. Wasser könnte mechanisch im Konzentrat eingeschlossen bleiben,
beispielsweise dadurch, daß bei der Entwässerung die Kapillaren
zwischen den Kohlekörnern durch Öl verstopft sind.
Vor der Untersuchung dieser Fragen sollten die verschiedenen Einfluß
größen auf den Endwassergehalt des Convertol-Konzentrats, wie Kornauf
bau, Kohleart, Ölsorte untersucht werden; insbesondere sollte auch die
Beziehung zwischen der Höhe des Ölzusatzes und des im Konzentrat er
reichbaren Endwassergehalts ermittelt werden; dabei konnten in
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verschiedener Hinsicht wichtige Aufschlüsse erhalten werden. Vor allem
sollte festgestellt werden, bei welcher zugesetzten Ölmenge der End
wassergehalt einen Niedrigstwert erreicht und wie groß dieser ist. Außer
dem war diesen Untersuchungen vielleicht zu entnehmen, unterhalb welcher
zugesetzten Ölmenge noch keine vollständige Umhüllung der Kohlekörner
mit Öl vorliegen kann, welche Zusatzmenge demnach mindestens erforder
lich ist. Schließlich sollten dabei auch die Angaben von HALL und Mac
PHERSON nachgeprüft werden.
A. Untersuchung verschiedener Einflüsse auf den
Endwassergehalt des Convertol-Konzentrats
I. Beziehung zwischen der Höhe des Ölzusatzes und dem Endwassergehalt
des Convertol-Konzentrats
1. Arbeitsweise und Versuchsbedingungen
ZUlll Umbenetzen des Schlamms wurde ein handelsübliches Rührgerät verwen
det, dessen Rührflügel eine Umdrehungszahl von 10 000 U/min und eine
Beschleunigung von 6 100 x g erreichte. Die Entwässerung des umbenetz
ten Schlamms wurde in einer satzweise arbeitenden Siebschleuder bei
einer Beschleunigung von 1 300 x g vorgenommen. Der Durchmesser des
Schleuderkorbs betrug 200 mm, die Schleuderdrehzahl belief sich auf
3 500 U/min. Der Schleuderkorb war mit einem Tuch aus Nessel ausgeklei
det, das verhindern sollte, daß zu viel Feinstkorn in das Schleuder
wasser ging. Dadurch konnte der Einfluß des Kornaufbaus der geschleuder
ten Kohle auf den Endwassergehalt weitgehend ausgeschaltet werden.
Der Endwassergehalt des Schleuderrückhalts wurde nach dem Xylol-Verfah
ren bestimmt, da beim Trocknen der Proben im Trockenschrank ein Teil
des in der geschleuderten Kohle enthaltenen Öls mitverdampfte und die
Ergebnisse verfälscht wurden. Eine Trocknung der Proben im Exsikkator
erwies sich als durchführbar, war jedoch gegenüber dem Xylol-Verfahren
langwieriger und umständlicher.
Für die Untersuchungen wurde ein Eßkohlenschlamm des Aachener Reviers
%
mit 17 flüchtigen Bestandteilen benutzt, da dieser in ausreichender
Menge für die Versuche zur Verfügung stand. Es sei vermerkt, daß die
Eßkohle des Aachener Reviers für die Verkokung geeignet ist. Der Ein
fluß des Inkohlungsgrades auf den Endwassergehalt des Konzentrats wurde
in einer späteren Untersuchung ermittelt.
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