Flotation
Flotation (von englisch: to float – schwimmen) ist ein physikalisch-chemisches Trennverfahren für feinkörnige Feststoffe aufgrund der unterschiedlichen Oberflächenbenetzbarkeit der Partikel. Dabei macht man sich zunutze, dass Gasblasen sich leicht an hydrophobe, d. h. durch Wasser schwer benetzbare Oberflächen anlagern und den Partikeln Auftrieb verleihen, so dass diese schwimmen. Voraussetzung ist, dass das verwendete Gas sich selbst schwer in Wasser löst. Unter diesen Bedingungen sammeln sich an den hydrophoben Partikeloberflächen die ebenfalls hydrophoben Gasblasen. Das Verfahren wird beispielsweise im Bergbau als Aufbereitungsverfahren eingesetzt, um Erze und Gangart in einer wässrigen Aufschlämmung (Suspension) zu trennen. Es hat in den meisten Anwendungsbereichen das traditionelle Abschlämmen abgelöst. Flotation gehört nicht, wie häufig irrtümlich angenommen, zu den Trennverfahren aufgrund der Dichte.[1]
Laut Definition gemäß VDMA-Einheitsblatt 24430 handelt es sich um ein Trennverfahren, bei dem in Wasser dispergierte oder suspendierte Stoffe durch anhaftende Gasblasen an die Wasseroberfläche transportiert und dort mit einer Räumeinrichtung entfernt werden.
Durchführung
In das Flotationsbad wird durch einen Schnellrührer oder Lanzen Luft eingetragen und fein verteilt. Im Flotationsbad enthaltene Tenside und Schaumstabilisatoren stabilisieren dabei die Luftblasen. Eine Sorte Partikel lässt sich schlechter mit Wasser benetzen und haftet daher besser an den Luftblasen. Diese Partikel schwimmen mit den Luftblasen auf und können mit dem Schaum abgeschöpft werden. Die übrigen Partikel sollen in der Trübe verbleiben und werden am Ende des Flotationsprozesses abgepumpt.
Heute werden 90 Prozent aller Blei-, Zink- und Kupfererze durch Flotation aufkonzentriert. Eine feine Vermahlung ist für diesen Prozess notwendig, um das enthaltene Erz ausreichend aufzuschließen und es den fein verteilten Luftblasen zu ermöglichen, Mineralkörnchen an die Oberfläche der Trübe zu befördern und in der Schaumdecke zu halten. Auch andere Stoffe wie Kaliumchlorid-Kristalle können durch Flotation angereichert werden.[2]
Bei der Papierherstellung aus Altpapier wird ein Wasser-Altpapier-Gemisch flotiert, um die Druckfarben zu entfernen. Ebenso dient das Flotationsverfahren zur Reinigung von Abwasser in Kläranlagen, um feine Schmutzpartikel und Schwebstoffe zu binden. In der Medizin werden Flotationsverfahren zum Nachweis von Parasiteneiern im Kot benutzt.
Bei der Flotation werden verschiedene Hilfsstoffe eingesetzt, die das sogenannte Flotationsmedium bilden. In den meisten Anlagen wird das Flotationsmedium (z. B. Wasser, Öl usw.) dem Prozess zurückgeführt, d. h. wiederverwendet. Durch Anhaftung an den flotierenden Stoffen entstehen jedoch ein Verlust, der ersetzt werden muss. Die Hilfsstoffe können wie folgt eingeteilt werden:
- Schäumer dienen zum Stabilisieren der Luftblasen.
- Sammler machen den im Schaum auszubringenden Gemengeanteil wasserabstoßend (hydrophob), während die anderen Komponenten wasseranziehend (hydrophil) bleiben sollen. In die Aufschlämmung eingeblasene Luft haftet nur an den hydrophoben Teilchen und trägt sie zur Wasseroberfläche, während die hydrophilen Teilchen in der Trübe bleiben. Sammler sind entscheidend für die Wirksamkeit des Verfahrens. Als Sammler eignen sich bestimmte Schwefelverbindungen (wie Xanthogenate, Dithiophosphate, Mercaptane), Amine, Alkylsulfonate, sowie manche Fettsäuresalze.
- Regler wie pH-Regulatoren, Flockungsmittel und andere dienen zur Optimierung und selektiven Auftrennung von Erzgemischen.
- Drücker (z. B. Natrium- und Kaliumsilikat bei der Kunststoffflotation) verbessern die Benetzbarkeit (Hydrophilie) und beschleunigen das Absinken im Trennmedium.[3]
Flotation im Papierrecycling
Die Flotation ist ein wichtiger Prozessschritt beim Papierrecycling in Europa. Mit der Flotation soll beim Deinking der Weißgrad des eingesetzten Altpapiers durch die Entfernung der Druckfarben erhöht werden. Dabei wird ausgenutzt, dass nur die hydrophilen Fasern von Wasser benetzt werden, während die hydrophobe Druckfarbe weitgehend unbenetzt bleibt.
Dem Wasser in der Flotationsapparatur werden Deinking-Chemikalien wie Seife, Natriumhydroxid und Wasserglas zugesetzt. Nach Einleitung von Luft lagern sich die abzutrennenden Druckfarbenpartikel an die Luftblasen an und schwimmen dann als Schaum auf der Altpapierstoff-Suspension. Der Schaum wird von der Oberfläche abgeschöpft oder abgesaugt (Skimmen). Anschließend wiederholt sich der Prozess mehrere Male.
Damit Altpapier nach diesem Verfahren aufbereitet werden kann, muss es gewissen Anforderungen genügen. Zum Beispiel können aus im Flexodruck hergestellten Zeitungen die verwendeten Druckfarben nicht entfernt werden. Sie bereiten daher erhebliche Probleme beim Recycling. Schon geringe Anteile solcher Zeitungen im Altpapier führen zu einem inakzeptabel schlechten Weißgrad. Die Druckfarbenpartikel sind zu klein und nicht hydrophob, deshalb funktioniert bei ihnen die Flotation nicht. Ähnliche Probleme bereiten pigmentierte Inkjet-Tinten, digitale Druckverfahren mit Flüssigtoner und UV-Lacke.
Eine Alternative zur Flotation bietet die Wäsche, die in Nordamerika noch häufiger angewandt wird, während in Europa das Flotationsverfahren dominiert. Beide Prozesse trennen die Druckfarbe auf unterschiedliche Weise mehr oder weniger selektiv aus dem Altpapierstoff. Bei der Flotation gehen jedoch weniger Fasern verloren (ca. 10 Prozent; bei der Wäsche – je nach Aschegehalt – 20 bis 30 Prozent). Deshalb gewinnt inzwischen die Flotation auch in Nordamerika an Bedeutung.
Neue Deinking-Anlagen zur Altpapieraufbereitung für grafische Papiere arbeiten nahezu ausschließlich nach dem Flotationsprinzip. Dagegen wird die Wäsche vor allem bei der Herstellung von Hygienepapieren (Küchenrollen, Toilettenpapier) eingesetzt. Hier sollen möglichst alle Füllstoffe herausgewaschen werden, damit nur die weichen, langen Papierfasern übrig bleiben.
Einzelnachweise
- ↑ Encyclopedia of Surface and Colloid Science, von P. Somasundaran. books.google.de. Abgerufen am 11. Mai 2009.
- ↑ R. Spangenberg, L. Stäudel und H. Wöhrmann: Trennung von Natrium- und Kaliumsalzen durch Flotation. In: Praxis der Naturwissenschaften. 1979, 28, 9, S. 238-243 (Volltext).
- ↑ Erzaufbereitung ab 1925 – Die Flotation. www.schneeberg.org. Abgerufen am 11. Mai 2009.
Weblinks
Commons: Flotation – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Flotation – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen- Bildbeispiel Flotationszelle der Kohlenwäsche in Beringen