Flotationsmethode

Flotation (von engl.: to float – schwimmen) ist ein physikalisches Trennverfahren zur Trennung feinkörniger Feststoffgemenge (u.a. Erze und Gangart) in einer wässrigen Aufschlämmung (Suspension) mit Hilfe von Luftblasen aufgrund der unterschiedlichen Oberflächenbenetzbarkeit der Partikel. Es hat in den meisten Anwendungsbereichen das traditionelle Abschlämmen abgelöst. Flotation gehört nicht, wie häufig irrtümlich angenommen, zu den Trennverfahren aufgrund der Dichte.

Definition gemäß VDMA-Einheitsblatt 24430: Trennverfahren, bei dem in Wasser dispergierte oder suspendierte Stoffe durch anhaftende Gasblasen an die Wasseroberfläche transportiert und dort mit einer Räumeinrichtung entfernt werden.

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 schlecht mit Wasser benetzen und haftet daher 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 behalten. Auch andere Stoffe wie Kaliumchlorid-Kristalle können durch Flotation angereichert werden.

Auch 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:

• 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 nur bestimmte Schwefelverbindungen (wie Xanthate, Dithiophosphate, Mercaptane), Amine, Alkylsulfonate, sowie manche Fettsäuresalze.
• Regler wie pH-Regulatoren, Flockungsmittel und anderen dienen zur Optimierung und selektiven Auftrennung von Erzgemischen.
• Drücker (z. B. Natrium, Kaliumsilikat bei Kunststoffflotation) verbessern die Benetzbarkeit (Hydrophilie) und verstärken das Absinken im Trennmedium.

Siehe auch Flotationsmedium.

Flotation im Papierrecycling

Die Flotation ist der wichtigste 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 (wasseranziehenden) Fasern von Wasser benetzt werden, während die hydrophobe (wasserabstoßende) Druckfarbe weitgehend unbenetzt bleibt.

Dem Wasser in der Flotationsapparatur werden Deinkingchemikalien 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 abgeschöpft, anschließend wiederholt sich der Prozess mehrere Male. Ebenso wird der Schaum auch durch Skimmen, wobei man sich die Oberflächenspannung zunutze macht, von der Oberfläche abgesaugt.

Aus diesem Prozess leiten sich auch die Anforderungen an das Altpapier ab. Aus im Flexodruck hergestellten Zeitungen können z. B. die derzeit verwendeten Druckfarben nicht entfernt werden, sie bereiten daher erhebliche Probleme beim Recycling. Schon geringe Mengen von Flexozeitungen, beispielsweise aus Italien, führen zu einem inakzeptabel schlechten Weißgrad. Die Druckfarbenpartikel sind zu klein und nicht hydrophob, deshalb funktioniert bei ihnen der Flotationsprozess nicht. Ähnliche Probleme bei der Flotation bereiten pigmentierte Inkjet-Tinten, digitale Druckverfahren mit Flüssigtoner und UV-Lacke.

Eine Alternative zur Flotation ist die Wäsche. In Europa dominiert die Flotation, die Wäsche wird dagegen häufiger in Nordamerika angewandt. Beide Prozesse trennen die Druckfarbe auf unterschiedliche Weise mehr oder weniger selektiv aus dem Altpapierstoff. Bei der Flotation gehen jedoch deutlich weniger Fasern verloren (um 10 Prozent; bei der Wäsche, je nach Aschegehalt, 20 bis 30 Prozent). Deshalb gewinnt inzwischen die Flotation auch in Nordamerika an Bedeutung. Nahezu jede neue Deinkinganlage zur Altpapieraufbereitung für grafische Papiere arbeitet mit Flotation.

Die Wäsche wird 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.

Weblinks

INGEDE (Internationale Forschungsgemeinschaft Deinking-Technik e. V., Informationen zum Thema Papierrecycling)

Bildbeispiel Flotationszelle der Kohlenwäsche in Beringen