Benutzer:Editor138/Sortieren

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Sortieren ist das Zerlegen eines Feststoffgemisches mit Teilchen unterschiedlicher stofflicher Merkmale in mehrere Haufwerke gleicher Zusammensetzung. Beim Sortieren macht man sich Eigenschaften wie Dichte, Farbe, Form, Benetzbarkeit oder Magnetisierbarkeit zu Nutze.

Flotation

Kupfersulfidflotation

Überblick

Das Flotieren ist eine Sonderform des Dichtesortierens, bei dem feinkörnige Feststoffe anhand der unterschiedlichen Oberflächenbenetzbarkeit ihrer Partikel getrennt werden. Das Verfahren wird in einer Flüssigkeit, für Gewöhnlich Wasser, unter Gaszufuhr, häufig Luft, ausgeführt. Voraussetzung ist dabei, dass sich die Flüssigkeit und das verwendete Gas gar nicht oder nur schwer ineinander lösen.

Prinzip

Das Grundprinzip der Flotation besteht darin, dass sich Gasblasen bevorzugt an Oberflächen anlagern, die von der verwendeten Flüssigkeit nur schwer benetzt werden können. Wenn nun also in eine Dispersion eines zu trennenden Gemenges Luft, in Form hinreichend kleiner Blasen, eingeblasen wird, so lagern sich diese Blasen an den Partikeln des schwerer benetzbaren Stoffes an, wodurch sich die Dichte dieser Agglomeration so weit verringert, dass die Partikel aufschwimmen und an der Oberfläche der Flüssigkeit abgeschöpft werden können. Da hierbei nur eine Abreicherung des Gemenges stattfindet, werden für gewöhnlich mehrere Flotationsschritte hintereinander angewandt um eine vollständige Trennung zu gewährleisten.

Hilfsstoffe

Um diese Trennung effektiver zu gestalten (oder überhaupt erst zu ermöglichen) werden eine Reihe von Hilfsstoffen eingesetzt: Da größere Luftblasen wenig stabil sind und beim Erreichen der Oberfläche platzen würden, was ein Absinken der abgetrennten Partikel zufolge hätte, und kleinere Luftblasen technisch aufwändiger herzustellen sind, werden der Dispersion Tenside, sogenannte Schäumer zugesetzt, die auch größere Luftblasen stabilisieren und dafür sorgen dass sich auf der Oberfläche der Flotationsflüssigkeit ein mit den abzutrennenden Partikeln angereicherter Schaum bildet, der dann abgeschöpft werden kann. Damit allerdings überhaupt eine Trennung stattfinden kann müssen teilweise die Benetzbarkeiten der jeweiligen Partikel beeinflusst werden. Dafür werden zum einen Sammler verwendet, die selektiv die Oberflächen der abzutrennenden Partikel schwerer benetzbar machen, zum anderen setzt man Drücker ein, die die Benetzbarkeit von Partikeln verbessern und somit für ein schnelleres Sedimentieren der unerwünschten Stoffe sorgen. Um eine „gedrückte“ Komponente wieder flotationsfähig zu machen, werden Beleber eingesetzt, was vor allem bei Gemengen notwendig ist, aus denen über mehrere Flotationen hinweg mehrere unterschiedliche Stoffe abgetrennt werden sollen.

Aufbau

In ihrer einfachsten Form besteht eine Flotationsanlage aus einem Becken, das mit einem großen Rührwerk ausgestattet ist. Die Beschickung des Flotationsapparates mit dem Gemenge findet über einen eigenen Zulauf statt, während das Gas oft über den Gestängeschacht des Rührers zugeführt wird. Am Grund des Beckens befindet sich eine Öffnung, über die das Sediment abgeführt werden kann. Der mit dem abzutrennenden Stoff angereicherte Schaum wird mittels eines Abstreifers in einen Sammelring abgestreift und der weiteren Verarbeitung zugeführt. Neben dem direkten Einblasen des Gases gibt es noch andere Möglichkeit, die Gasblasen zu erzeugen. So wird bei der Elektroflotation das Wasser, das als Flotationsflüssigkeit dient, durch Anlegen eines elektrischen Stroms elektrolytisch gespalten, wobei Sauerstoff und Wasserstoff entstehen, die dann als Gas vorliegen. Bei der Druckentspannungsflotation nutzt man das Gesetzt von Henry-Dalton, nach dem die Löslichkeit eines Gases in einer Flüssigkeit bei konstanter Temperatur proportional mit dem Partialdruck dieses Gases über der Flüssigkeit zunimmt, zu Nutze. Die Flotationsflüssigkeit wird unter Druck gesetzt und mit dem Gas gesättigt. Anschließend wird die Flüssigkeit wieder auf Normaldruck gebracht, die Löslichkeit des Gases sinkt entsprechend und es bilden sich Gasblasen.

Anwendungen

Anwendung findet die Flotation in vielen Bereichen. So nutzt man in der Abwasserreinigung Flotationsverfahren, um vor allem schwer sedimentierbare Stoffe aus dem Wasser zu entfernen. Entscheidend für die Güte der Trennung ist hierbei die Blasengröße und –menge, wobei sich generell sagen lässt, dass kleinere Blasen bessere Ergebnisse liefern. Daher hat sich in der Abwasserreinigung das Druckentspannungsverfahren durchgesetzt, bei dem hinreichend kleine Luftblasen bei guter Verteilung erzeugt werden. In der Erzaufbereitung werden Flotationsverfahren genutzt, um das Erz von taubem Gestein (Gestein, das nicht die gewünschten Mineralien enthält) zu trennen. Hierbei ist es notwendig, die Erze fein zu vermahlen, um sie hinreichend aufzuschließen. Zur Unterstützung der Trennung werden die bereits besprochenen Hilfsstoffe eingesetzt. Weitere Anwendung findet die Flotation im Papierrecycling, wo sie der Abtrennung der Druckfarbe dient und damit den Weißgrad des Altpapiers erhöhen soll. Auch hierbei werden verschiedene Hilfsstoffe genutzt. Im Gegensatz zur alternativ eingesetzten Wäsche gehen bei Flotationsverfahren weniger Fasern verloren, wodurch das Papier eine größere Zahl an Recyclingzyklen durchlaufen kann.

Magnetsortieren

Überblick

Magnettrommelscheidet

Überbandmagnetscheider

Beim Magnetsortieren/Magnetscheiden werden aus Stoffströme magnetischer und nicht magnetischer Feststoffe die magnetischen Komponenten abgetrennt. Dies ist eine Sortierverfahren, bei dem die magnetischen Eigenschaften von Mineralen genutzt wird. Dabei wechselwirken ein Permanent- oder Elektromagnet mit den magnetisierbaren Partikeln eines Gemisches. Sie findet vor allem Anwendung in der Aufbereitungs- und Recyclingindustrie. Die stärke des Permanentmagneten, sowie die Spannung an Elektromagneten, ist entscheidend, da die zu trennenden Gemische unterschiedlich groß und aus verschiedenen Komponenten bestehen können. Trockenmagnetscheider erfordern trockenes und nicht-verklumpendes Gut.

Prinzip

Über einem Trichter gelangt das Gemenge auf eine Schüttelrinne, damit es verteilt und zusätzlich aufgelockert wird. Anschließend gelangt es auf eine Trommel oder unter einem Überbandmagnetscheider. Die magnetischen Teile werden daraufhin von den nicht magnetisierbaren Teilen über einem Permanentmagneten oder einem Elektromagneten abgeschieden. Die beiden Gemische gelangen anschließend getrennt in Auffangbehältern.

Apparaturen

Magnettrommelscheider

Wirkungsweise: Das Magnetsegment (4) aus Permanent- oder Elektromagenten steht fest. Die Trommel (2) neben Förderrinne (1) rotiert. Das nicht magnetisierbare Gut (3) wird früher abgeworfen als magnetisierbare Gut (5).

Prinzip: Das Gemisch gelangt über eine Förderrinne an die Stelle des Bandes, bei der das Magnetsegment anfängt. Dieser Permanent oder Elektromagnet zieht die eisenhaltigen Teile, durch die Wechselwirkung der magnetischen Kräfte, bis zum Trennschacht, bei dem gleichzeitig der Magnet am Band endet. Sobald die magnetischen Teile keinerlei Wechselwirkung mehr mit dem Permanentmagneten besitzen, trennen sie sich vom Band.

Überbandmagnetscheider

Wirkungsweise: Aushebemagnet (1) über bewegtem Förderband (2) hebt Eisenteile heraus, die an Austragsband (3) haften bleiben und außerhalb des Magnetfeldes abgeworfen werden.

Prinzip: Ein Permanentmagnet/Elektromagnet, welcher sich zwischen den Rollen befindet, erzeugt ein magnetisches Feld und hebt die ferromagnetischen Materialien entgegen der Schwerkraft an das Förderband. Diese Materialien werden weitertransportiert, bis das Magnetfeld keine Kraft mehr auf die Teile ausübt und sie anschließend in einen dafür vorgesehenen Behälter fallen.

Optische Sortierverfahren

Feststoffgemische mit Korngrößen von 1 bis 300 mm können mittels sensorgestützter optischer Sortierung aufgetrennt werden. Hierbei wird jedes einzelne Korn eines Schüttguts anhand seiner Merkmale erkannt. Die Merkmale sind zum Beispiel Farbe, Reflexion, Transparenz, Form, Größe oder chemische Zusammensetzung.

Es gibt grundsätzlich zwei Ansätze für die Anwendung dieser Technik. Entweder gilt es einen Werkstoff aus einem Stoffgemisch zu gewinnen oder Störstoffe aus einem Stoffgemisch zu entfernen.

Das Aufgabematerial wird auf einer Vibrationsrinne vereinzelt und wenn nötig auch noch mit Wasser gereinigt, um anhaftenden Staub zu entfernen und/oder um die Farbunterschiede besser hervorzuheben. Das vereinzelte Material fällt dann bei den meisten Sortierern in einen Schacht. In diesem Schacht sind ein oder zwei optische Systeme installiert, welche das Material entweder einseitig oder zweiseitig betrachten und jedes Korn identifizieren. In einem Rechner erfolgt dann der Abgleich mit den hinterlegten Sortierparametern. Anschließend gibt der Rechner an die Ausblasdüsen den Befehl, das selektierte Korn auszublasen.

Heute ist es möglich, sowohl nach äußerem Aussehen, nach physikalischen Eigenschaften, nach Reflexion und Transmission, nach Form und mit Röntgenstrahlen auch nach unterschiedlichen Materialzusammensetzungen zu sortieren.  Es können auch verschiedene optische Verfahren in einem Sortierer kombiniert werden. Zusätzlich ist mit dem Rechner auch eine Kombination aus den diversen Kriterien möglich. Sogar ein optisches Verwiegen ist machbar.

Dichtesortieren

Beim Dichtesortieren (engl. density sorting) wird die unterschiedliche Dichte der verschiedenen Bestandteile eines Misch-Schüttguts zur Trennung genutzt.

Die gebräuchlichsten Dichtesortierverfahren sind das Setzen, das Herdsortieren und das Schwertrübesortieren.

Setzen

Als Setzen (engl. jigging) bezeichnet man den Entmischungsvorgang, der eintritt, wenn ein Zwei-Komponenten-Haufwerk fortlaufend aufgelockert und geschüttelt wird. Die Partikel mit der geringeren Dichte sammeln sich oben, die Partikel mit der größeren Dichte unten im geschüttelten Haufwerk.

Das Setzen wird in Setzapparaten durchgeführt. Sie arbeiten entweder mit Luft oder mit Wasser als Auflockerungsmedium. Voraussetzung für das erfolgreiche Sortieren ist ein genügend großer Unterschied der Dichten der zu trennenden Stoffe.

Nasssortierende Setzapparate bestehen aus einem Behälter (Wasserkasten), in dem Wasser von einem Schwingantrieb über Gummimembranen in kräftige Auf/Ab-Bewegung versetzt wird. Das Wasser durchströmt bei jedem Schwinghub das geneigte und mit vielen Löchern durchbrochene Setzbrett, hebt das darauf liegende Trenngut an, lockert es auf und lässt es das Setzbrett hinabwandern. Dabei sortieren sich die Teilchen nach der Dichte. Das obenauf liegende, leichtere Gut wird über eine quer zur Transportrichtung liegende Überlaufrinne abgeführt. Das unten liegende, schwere Gut verlässt den Setzkasten mit viel Wasser am Boden. Schwimmgut und Setzgut werden auf Siebrutschen entwässert.

Herdsortieren

Das Herdsortieren eignet sich für feinkörnige Feststoffgemenge mit Korngrößen unter 1 mm. Der Herdsortierer besteht aus einer geriffelten Platte, die nach vorne und zur Seite leicht geneigt ist. Von oben wird sie mit Wasser bespült und fortlaufend quer zur Strömungsrichtung des Wassers in Schwingung versetzt.

Das mit Wasser aufgeschlemmte Feststoffgemenge wird in einer Ecke der Herdplatte aufgegeben und läuft in dünner Schicht über die geriffelte Platte. In der Schicht findet ein Setzvorgang statt. Die oben schwebenden, leichten Teilchen werden vom Wasserstrom über die Riffelerhebung geschwemmt und nach unten mitgeführt; sie fließen im linken Bereich ab. Die unten liegenden, schweren Teilchen werden von der Schüttelbewegung in den Rillen nach rechts abgelenkt und gelangen in den rechten Abflussbereich. Am Ende der Schüttelplatte fließen zwei Suspensionen mit den unterschiedlichen Bestandteilen des Gemenges ab.

Schwertrübesortieren

Beim Schwertrübesortieren wird ein feinkörniges Gemenge aus Teilchen zweier Feststoffe in einer Schwertrübe (Suspension aus Wasser und pulverfeinen Feststoffpartikeln) durch Aufschwimmen der spezifisch leichteren Teilchen des Gemenges und Absinken der spezifisch schwereren Teilchen getrennt. Dazu gibt man das Mischhaufwerk in eine Schwertrübe, deren Dichte zwischen den Dichten Dichte 1 und Dichte 2 der zu trennenden Bestandteile und liegt und führt sie in einen Absetzbehälter. Dort erfolgt die Dichtesortierung durch Aufschwimmen oder Absetzen der Partikel mit geringerer bzw. hoher Dichte.

Absetzbehälter verwendet man zum Schwertrübesortieren von Haufwerken über 1 mm Korngröße. Als Schwertrübe (auch Schwerflüssigkeit genannt) verwendet man wässrige Suspensionen aus feingemahlenem Magnetit, Schwerspat oder Ferrosilicium. Es können Suspensionsdichten von 1,3 bis 3,5 g/cm³ eingestellt werden.

Für eine ausreichende Trennung der Komponenten sollte die Dichtedifferenz der Haufwerkbestandteile größer als 1 g/cm³ sein.

Mit einem Hydrozyklon können durch Schwertrübesortieren Haufwerke mit Korngrößen bis 2 mm getrennt werden. Die Schwertrübe tritt am Kopf des Zyklons tangential ein und wird auf eine abwärts gerichtete Spiralbahn gezwungen. Die Zentrifugalkraft trägt die Partikel höherer Dichte an die Behälterwand, wo sie absinken und unten abgelassen werden. Die Partikel geringerer Dichte werden von der Strömung der Schwertrübe mitgenommen und verlassen den Zyklon durch ein Tauchrohr.

Weblinks

https://www.gunt.de/images/download/Basiswissen-Klassieren-und-Sortieren_german.pdf (06.07.2020, 6:00 Uhr)

https://aufbereitungstechnik-jungnischke.de/grundlagen-der-sensorgestuetzten-optischen-sortierung/ (06.07.2020, 6:15 Uhr)

https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2Fs00501-008-0377-2.pdf (06.07.2020, 8:45 Uhr)

https://www.spektrum.de/lexikon/chemie/flotation/3373 (6.7.2020 14:52 Uhr)

http://www.wasser-wissen.de/abwasserlexikon/f/flotation.htm (7.7.2020, 9:32 Uhr)

http://www.wasser-wissen.de/abwasserlexikon/e/elektroflotation.htm (7.7.2020, 9:45 Uhr)

https://www.spektrum.de/lexikon/chemie/flotation/3373 (6.7.2020, 14:50 Uhr)

Einzelnachweis

• Buch: „Chemietechnik“  Autor: Eckhard Ignatowitz  ISBN: 978-3-8085-7120-0

• Buch: „Verfahrenstechnik“  Autor: Hemming/Wagner  ISBN: 978-3-8343-3412-1

• Buch: „Recyclingtechnik“  Autor: Hans Martens  ISBN: 978-3-8274-2640-6