专利名称：净化浆液的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种净化和/或浓缩含固体溶液即浆液的方法，以及实现该方法的装置。采用本发明的该方法和装置，可均匀且以小剪切力地把将要输入该净化及浓缩装置内的絮凝剂混入位于该装置给料井内的浆液中。该给料井配备有一搅拌装置。使该浆液均匀地自给料井向前流入底流层内的净化槽中，从而可分离出透明的溢流溶液。
背景技术：
净化及浓缩装置包括一槽，经由一给料井把将要净化的浆液输入该槽内，该给料井位于净化槽的中央内且通常位于该净化槽的上部内。当在随后的本发明说明书中采用术语“净化”时，其也用于指浓缩，因为所述方法及装置可应用于这两种工艺。净化槽的直径比给料井的直径大十倍。除浆液外，还将净化中使用的絮凝剂输入该给料井内。通常在将该絮凝剂输入给料井内的同时，使该絮凝剂混入浆液内。在该净化或浓缩槽的底部附近可配备有一耙状件，或者不需要。
自净化槽中取出作为溢流的经净化的液体或溢流，自底部的中央部分取出经浓缩的浆液或底流，利用耙状件臂使该经浓缩的浆液或底流移至底部的中央部分。该浓缩槽的底部通常朝向中央向下倾斜，由此就易于取出固体。该耙状件的臂数量可依据设计方案而改变。某些耙状件臂的长度可等于槽半径，其它可短些。可将垂直板固定在该耙状件臂上，该垂直板自边缘朝向中心移动浆液。可将该垂直板垂直固定在耙状件臂上，或者相对于该耙状件臂呈30度角地固定在其上。
在现有技术中，可按照各种方式执行将浆液输入给料井的操作。在公开物Probst，A.“Next generation sedimentationequipment for ultimate thickening”，Proceedings of Copper 99International Environment Conference，Vol.II，October 10-13，1999，Phoenix，Arizona，USA，pp.217-232中，描述了这样一种供应方法，其中，切向地供应浆液。在一种切向、双列式升运浆液供应方式(double-elevation slurry feed)中将絮凝剂注入给料井内，或者在将絮凝剂注入给料井之前使其混入浆液中。利用文丘里效应自给料井的下部取走浆液。在US专利5,269,928所述的装置中，经由浓缩槽底部的中央部分将浆液输入给料井内，并经由该给料井壁内的孔将浆液移至浓缩槽。
当在给料井内将絮凝剂混入浆液时，且例如仅通过切向输送实现混合时，显而易见的，不能均匀地混合絮凝剂，且局部剪切力会变得较大。但是，目前所使用的絮凝剂是高分子聚合物，由于剪切力增大，该絮凝剂的移动将受到阻碍。如果强制性地把将要转移到净化槽的浆液自给料井排出到那儿，那么就会发生以下危险情况，该浆液基本上朝向最小压力方向，从而使该浆液混入经分离出、已经净化且位于槽上部内的溢流中。该净化或浓缩槽的耙状件通常起的作用是它们具有“超强的”移动能力，由此它们将经浓缩的浆液压向该槽的中央，在该处形成高于其它浆液的浆液堆。
发明概述已经研究出一种净化和/或浓缩含固体溶液的方法及装置，其中，首先将浆液输入位于沉降空间上部中央内的一给料井内以进行净化，将一种絮凝剂混入该给料井内的浆液内。自该给料井将浆液输入沉降空间内，且经由位于该沉降空间中央内的一排出口移除经沉降的固体或底流，经净化的溶液作为溢流取出。将该絮凝剂和浆液以缓流形式输入给料井内，并利用该给料井自己的搅拌件使该絮凝剂和浆液相互混合，在混合之后，将经混合浆液作为向下流从给料井导入位于底流层上部的沉降空间内。该装置包括一净化和/或沉降槽，该槽配备有用于要沉降浆液的一给料井、位于该沉降槽中央内且用于经沉降固体或底流的一排出口、用于经净化溶液或溢流的一排料槽、以及一耙状件系统，该耙状件系统可绕其轴杆转动以自该槽的边缘朝向该槽的中心移动底流。该给料井配备有一搅拌件以及用于浆液的一导向锥体，该搅拌件可绕其轴杆转动，该导向锥体固定到给料井的下部上。本发明的基本特征在所附权利要求书中变得明显。
在混合时，利用较小的剪切力使将要输入到净化-浓缩槽给料井内的浆液絮凝，从而避免对该絮凝剂的移动产生干扰。将浆液输入目前的浓缩槽内，这样该浆液将自给料井向外且向下扩散。该给料井的下部形成有向下扩宽的敞开锥体，且该锥体的下缘附近设置有孔，絮凝浆液经由该孔排出，并使该浆液扩散到浓缩槽内，而不会与分离出的溢流混合。作为沉降空间的该浓缩槽的底部配备有耙状件。
本发明方法基本上可应用于这些场合，在这些场合中，致力于获取完全与固体分离的透明溢流溶液。经沉降和取出的底流可再回流至较早的处理步骤。经由例如过滤仅取出等量的积聚底流。按照这种方式，可增大沉降空间的流体动力学性状。已经证实该方法及装置特别有利于处理含有石膏及金属氢氧化物的沉积物。该沉积物是在中和酸性洗涤水与石灰化合物时形成的，该酸性洗涤水是在钢酸浸(steelpickling)中产生的。
依照本发明，净化或浓缩装置内具有一给料井，将含有固体的溶液或浆液输入该净化或浓缩装置中。可自例如上方将该浆液输入给料井内，这样就能均匀地供应浆液。将所采用的絮凝剂也输入该给料井内。优选的，该给料井为一直立圆筒且配置有其自己的搅拌件。优选的，该搅拌件为按照US专利5,182,087中所述原理工作的一种螺旋式搅拌器，将该搅拌器构造为具有两管，该两管环绕一轴杆且绕过该轴杆的1/3-2周。搅拌方向是上升的。多亏这种搅拌件，可将絮凝剂均匀地混入浆液中，且在整个给料井区域都以相当低且均匀的强度进行混合。因此，可避免局部过分混合。
搅拌件直径是给料井直径的40-80％。该搅拌件的轴杆是一根空心圆筒，该圆筒的直径大到可穿过该搅拌件的轴杆装配净化槽的耙状件轴杆，甚至装配该耙状件轴杆的连接法兰。螺旋管所需支承件的一端固定在该管上，另一端固定在搅拌件轴杆的外壳上。该给料井还可配置有导流板，沿着该给料井的边缘等间隔地设置导流板。某些导流板的高度等于给料井的高度，但优选的，散置一些这样的导流板，其自底部起仅向上延伸过长导流板和给料井整个高度的1/3。
经由多个开口自目前的给料井向下引导浆液及混入该浆液内的絮凝剂，该开口位于给料井的下缘处且通常位于导流板之间。该开口相对于搅拌器的旋转方向位于导流板的前方。因此，由该导流板附近的搅拌件产生的压力脉冲可促使浆液均匀地排出每个开口。优选的，流出速率大约为0.05-0.2m/s。某些浆液还可流过耙状件的轴杆套筒。
该浆液自给料井流至位于该给料井下方的一导向锥体，该导向锥体伸入净化槽中的浆液层上部内。该导向锥体的目的是给进入沉降空间内的浆液提供一向下的分运动，从而减小该浆液向上弯曲的倾向。这样，该浆液就均匀地扩散到经压实的沉积物中，而不会混入溢流溶液中。正如其名称所暗示的，该导向锥体是一个向下扩宽且内部敞开的锥体。来自给料井的浆液经由位于该导向锥体边缘下部内的开口排入净化槽中。该导向锥体的完整下边缘把经压实的浆液向下推，槽内的压力差使得可在各个排出口均匀地分配浆液。该导向锥体位于浆液层上部内的净化槽中，该浆液层仍然处于压实阶段。已经表明，优选的是，该导向锥体下部的高度为槽中央内的溶液及浆液深度的0.5-0.7倍。
在沉降空间内，换句话说在净化槽内，在底流向下沉降且被压实的同时，利用一耙状件系统自该槽的边缘朝向中心移动该底流。如果该槽不是圆筒状的，必须按照以前已知的方式将已沉降在该槽角落中的底流移动至环形区域。在现在研究出的该装置中，该耙状件具有两个到达圆筒状槽边缘的长臂，在上述两长臂之间还具有两个长度仅为该长臂一半的辅助臂。当然显而易见的，在本发明范围内可改变该长臂和辅助臂的数量，而并不限制于两根长臂和两根辅助臂。净化槽的一个特征是自该槽边缘至其中心，移动底流的能力都是相同的。测量该槽边缘处的底流移动能力，结果其与该槽中央处的底流移动能力相同。该方法可避免过强的移动能力，这将导致净化器中央处经压实浆液的数量增大，从而上升成堆。该压实底流的表面不允许高过给料井的导向锥体，从而避免不均匀且沟道式地供应浆液。
可通过改变安装在耙状件臂上的底流排流板的高度，来在沉降空间内实现均匀的移动能力。距耙状件轴杆相同距离的排流板自该环状区域向内移动底流。由于该环状区域的横截面积自槽的周缘起向内逐渐缩小，因此为获得相同的移动能力，对于更靠近耙状件轴杆的排流板，应增大该排流板的高度。距该轴杆相同距离的每个排流板都具有相同的高度。因此，外部排流板的高于低于靠近中央的排流板高度。在沉降空间的内部，长耙状件臂之间设置有较短的辅助臂，由于耙状件臂数量翻倍了，因此移动能力也增强，按照这种方式，可使此处全部排流板的高度值都与耙状件臂尖端处的排流板高度相同。随后，排流板的高度又自此处起向中心逐渐增高。最后几个排流板，即最靠近耙状件轴杆的几个排流板的高度可基本相同，这就可降低中央区域内耙状件臂的底流移动能力。该排流板的高度等于槽长耙状件臂长度的15-30％。当按照这种方式进行操作时，移向中央的外部底流将自该中央移向排出口。由底流的向外移动所产生的压力将更均匀地压实该底流，并升高将要取走的底流的固体含量。
按照以上所述方式，本发明方法可防止“超负荷”地移动底流。当耙状件的电力传输配备有频率转换器时，通过调整该耙状件的工作速度，可将底流移动能力限定得更适合每种情况。采用现在提出的这种方法，可避免过量地移动底流，这将导致底流堆积在净化槽的中央。如果形成堆积块，将堵塞底流排出口，另外也会阻碍将来自给料井的浆液均匀地分配给沉降空间。反过来如先前所提到的，这又会干扰溢流的净化。
附图的简要说明利用附图进一步地描述本发明方法及装置，其中
图1是整个净化装置的垂直剖面，
图2表示自上方看的图1所示净化装置，以及图3表示依照本发明的一种净化槽给料井的垂直剖面。
优选实施例的详细说明图1表示一种净化装置1，一给料井2位于该净化装置1的上部中央内。一浆液搅拌件3位于该给料井2内的轴杆4上。一导向锥体5固定在该给料井的下部上，仅能看到该导向锥体5的一部分。经沉降的底流移入一圆筒形净化槽6内，并利用一耙状件10使该沉降底流经由边缘7移入一底流锥体9内，该底流锥体9位于槽中央区域8的下部内。该耙状件10挂在一根轴杆11上，该轴杆11穿过搅拌件的轴杆4。没有详细表示任一轴杆的电力传输。排流板(displacement plate)13位于耙状件臂12的下方，该图还表示了该排流板13的高度随着它们与耙状件轴杆的距离以及耙状件臂的数量而变化。一耙状件支承构件14位于该耙状件的上方。中央区域8为环形，且自该耙状件轴杆11起向外延伸一段距离，该距离等于长耙状件臂12长度的15-30％。位于中央区域内的该排流板的高度可相同。该耙状件臂12平行于净化槽6的底面15，换句话说，该耙状件臂12朝向耙状件轴杆11以及该槽6的中心向下倾斜。由此，该净化槽6朝向其中心加深。经净化的溢流自该槽的上部移入其自己的卸料槽16。
图2表示自上方看的图1所示净化装置。其表示了在这个例子中，该耙状件10配备有两根长耙状件臂12以及位于该两根长耙状件臂12之间的两根较短的辅助臂17。此图表示了其中一个耙状件臂具有臂驱动齿轮的支承梁18，而其它耙状件臂没有。该图还表示了耙状件支承条19。该排流板13沿着耙状件臂的相互距离都是相同的。如图所示，该排流板相对于耙状件臂倾斜大约30度。该排流板沿着耙状件臂的长度都是相同的。这样确定该排流板的长度，使得前一板的尾端和后一板的前端相互重叠10-20％。通过使该板相对于垂直面倾斜5-25度，即，使它们朝向耙状件轴杆略微倾斜，可提高该排流板的操作效率。转动该耙状件时，就利用排流板的耕翻效应(ploughing effect)朝向中心移动底流。另外，作为如上所述定位该排流板的结果，底流还会略微地升出排流板。多亏这种简单的工艺，该排流板不会压紧位于耙状件下方的薄底流层，相反，保持该薄底流层疏松，从而防止该耙状件被楔入卡塞(wedged stuck)。
图3更详细地表示了净化槽的给料井2，该给料井2为直立圆筒形。经由一管20向该给料井内输入浆液，经由另一管21向该给料井内输入絮凝剂。因为将利用搅拌件3在给料井2内使该浆液和絮凝剂混合到一起，因此该浆液和絮凝剂均以缓流的形式注入给料井内。该图表示了将搅拌件轴杆4构造为一根套管，这样就可以穿过该搅拌件轴杆4固定搅拌槽的耙状件轴杆11以及该耙状件轴杆的连接法兰22。该搅拌件3包括两根管23，该两根管绕轴杆转过1/3-2周。利用支承件24将该管23支承在轴杆上。搅拌方向25是上升的。该搅拌件直径是给料井直径的40-80％。
该给料井2还配备有导流板26，该导流板26均匀地位于给料井的外缘27上。优选的，在混合器顶侧上的该导流板附近将浆液和絮凝剂导入给料井内。有些导流板的高度基本上等于给料井的高度，但优选的，每第二个导流板的高度仅为该给料井高度的1/3。所有导流板都支承在给料井底座28上且向上延伸。该导流板的数量为12-24。浆液排出口29总是位于导流板之间的给料井底面内，这样它们就相对于搅拌件的旋转方向位于导流板的前方。依照本发明的这种给料井，絮凝剂可迅速地混入浆液内，但当将浆液位于给料井内的停留时间调整在3-5分钟之间时，在向外导出该浆液之前，可使该浆液令人满意地絮凝。
一导向锥体5安装在该给料井的底部上，该导向锥体5向下敞开，且给料井的排出口通向该导向锥体的内部。该导向锥体由一个或多个锥形面组成，优选但并非必须地，该导向锥体内部敞开。图3表示了两个锥形面，其中，上锥形面30以(自水平面)20-45度角向下敞开。该上锥形面牢牢地固定在下锥形面31上，该下锥形面31以(自水平面)45-75度角敞开。浆液引导口32位于导向锥体的下部内。该引导口32的数量在例如16-32以内，可将浆液流出该引导口32的速率调节在0.05-0.2m/s的范围内。该导向锥体的下缘33是完整的，且优选是垂直的。该导向锥体的功能是防止输入该净化槽内的浆液猛烈地冲向底流层表面，这将危及溢流溶液的净化。这样设定该导向锥体的尺寸，使其下缘直径比给料井直径要大1.3-2倍。当该导向锥体由多个锥形面组成时，优选的，其中最深的那个锥形面占据了该导向锥体整个高度的55-70％。
利用以下例子进一步地描述本发明。
例1人们希望在工业规模浓缩机中获得这样的底流，该底流自圆筒槽周缘均匀地移向位于中央的底流井。该浓缩机的直径为27m，流至该井的底流量为40m3/h。耙状件系统的操作速度选择0.075rpm。附表1表示了该排流板的高度如何首先自外周缘起增大，直至在辅助耙状件臂处该排流板的高度减小，因为在此处排流板的数量翻倍了。在辅助耙状件臂尖端的最小点之后，朝向中心，该排流板的高度又增大。最后几个排流板即最靠近中央的几个排流板高度相同，这样，朝外的耙状件集压(raking pressure)可进一步地压紧底流。
表1
例2沉降试验(settling test)表明浆液均匀地分配到依照本发明的浓缩机中。该试验中采用的浆液是一种工业规模浓缩机底流，该底流是含有石膏及金属氢氧化物的沉积物。该沉积物是在中和酸性洗涤水与石灰化合物时形成的，该酸性洗涤水是在精炼钢酸浸中产生的且含铁(III)、铬(III)和镍(II)以及硫酸盐。试验浓缩机的直径是1100mm，圆筒部的有效深度是340mm。锥形底部朝向中心倾斜9.5度角。耙状件大体上是依照例1中所述的那种耙状件。浓缩机给料井的直径是172mm，有效深度是315mm。导流板和导向锥体同先前描述的一样。给料井搅拌器是螺旋式的，即包括两个管，该管沿搅拌方向环绕轴杆上升一周且距该轴杆一定距离。该搅拌器的直径为110mm，深度为252mm。
经由浓缩机给料井将先前在沉降试验中沉降的底流抽回进行循环。同时以三份水对一份底流的比例，将水输入该给料井内。将该浓缩机内分离出的水作为浓缩机溢流移出。按比例地增加底流和水的输入速率，然后以相同的比例减小该底流和水的输入速率，以确定该浓缩机的分离能力和分离效率。开始时不采用絮凝剂，这样该浓缩机的工作特性主要取决于最初混合浆液时，自给料井流出的浆液的均匀程度。在此试验中，搅拌器转速为127rpm，耙状件的转速是0.4rpm，在试验的最后阶段，所产生的透明分离水层如下表2
根据上述结果，试验浓缩机的最大输送量可确定为大约120l/h的水和401/h的底流。当考虑到沉降特性以及在本试验中未采用絮凝剂的事实时，可惊人地增大输入流。所分离出的水层是完全透明的，这也标志着该给料井内使用的搅拌器使得浓缩机的输入流变得均匀。传统浓缩机所分离出的溢流仍然是混浊的，因而无法实现相同的性能，本实验中所采用的底流来自于传统浓缩机。
例3采用Fennopol A305絮凝剂，执行例2所述试验，这种絮凝剂的剂量为136mg/kg固体中0.5g/l溶液。当输入量为360l/h水和120l/h底流时，溢流层大约为100mm，完全透明。因而，该给料井搅拌器可以均匀地混合水、底流以及絮凝剂，并将它们均匀地分配入浓缩机的浆液层中。
权利要求
1.一种净化和/或浓缩含固体溶液的方法，首先将浆液输入位于沉降空间上部中央内的一给料井内以进行净化，将一种絮凝剂混入所述给料井内的所述浆液内，并自所述给料井将所述浆液输入所述沉降空间内，经由位于所述沉降空间中央内的一排出口移除经沉降的固体或底流，经净化的溶液作为溢流取出，其特征在于，将所述絮凝剂和浆液以缓流形式输入所述给料井内，并利用所述给料井自己的搅拌件使所述絮凝剂和浆液相互混合，在混合之后，将所述经混合浆液作为向下流从所述给料井导入位于底流层上部的所述沉降空间内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，导流板位于所述给料井的侧面上，所述给料井下部内的排出口位于所述导流板之间，这样利用靠近所述导流板的搅拌件而获得的压力脉冲将有助于使所述浆液均匀流出。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浆液流入所述沉降空间内的速度是0.05-2m/s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浆液自所述给料井流入一导向锥体的内部，所述导向锥体位于所述给料井的下方，并伸入所述沉降空间的所述底流层的上部内。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，经由位于所述导向锥体下缘内的开口将所述浆液自所述导向锥体内部导入所述沉降空间的底流层内，所述开口向下引导所述浆液。
6.一种净化和/或浓缩含固体溶液的装置，所述装置包括一净化和/或沉降槽(1)，所述槽(1)配备有用于要沉降浆液的一给料井(2)、位于所述沉降槽中央内且用于经沉降固体或底流的一排出口(9)、用于经净化溶液或溢流的一排料槽(16)、以及一耙状件系统(10)，所述耙状件系统(10)可绕其轴杆(11)转动以自所述槽的边缘朝向所述槽的中心移动所述底流，其特征在于，所述给料井(2)配备有一搅拌件(3)以及用于浆液的一导向锥体(5)，所述搅拌件(3)可绕其轴杆(4)转动，所述导向锥体(5)固定到所述给料井的下部上。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，将所述沉降槽耙状件的轴杆(11)设置成穿过所述给料井搅拌件的轴杆(4)。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述搅拌件(3)为一种螺旋搅拌器，其由两个管(23)组成，利用支承件(24)将所述管(23)固定到所述轴杆(4)上，且所述管(23)绕所述轴杆转过1/3-2周。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述给料井(2)配备有导流板(26)。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，至少某些导流板(26)的高度近似等于所述给料井(2)的高度。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，至少某些导流板(26)的高度近似等于所述给料井(2)高度的1/3。
12.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述给料井的底部(28)具有浆液排出口(29)。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述浆液排出口(29)位于所述导流板(26)之间。
14.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，固定到所述给料井下部上的所述导向锥体(5)包括至少一个锥形面(31)，所述锥形面(31)内部敞开。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，固定到所述给料井下部上的所述导向锥体(5)包括至少一个锥形面(31)，所述锥形面(31)内部敞开且相对于水平以45-75度角向下敞开。
16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，固定到所述给料井下部上的所述导向锥体(5)包括两个内部敞开的锥形面(30，31)。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，固定到所述给料井下部上的所述导向锥体(5)包括两个内部敞开的锥形面(30，31)，且其中，上锥形面相对于水平以20-45度角向下敞开，下锥形面相对于水平以45-75度角向下敞开。
18.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，一近似垂直的下边缘(33)固定到所述导向锥体的下锥形面(31)上。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述导向锥体下边缘(33)的直径是所述给料井直径的1.3-2倍。
20.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，最下锥形面具有浆液导向口(32)。
全文摘要
本发明涉及一种净化和/或浓缩含固体溶液即浆液的方法，以及实现该方法的装置。采用本发明的该方法和装置，可均匀地且以小剪切力地把将要输入该净化及浓缩装置内的絮凝剂混入位于该装置给料井内的浆液中。该给料井配备有一搅拌装置。使该浆液均匀地自给料井向前流入底流层内的净化槽中，从而可分离出透明的溢流溶液。
文档编号C02F11/14GK1520332SQ02812728
公开日2004年8月11日 申请日期2002年6月19日 优先权日2001年6月25日
发明者布鲁尔·尼曼, 马蒂·诺拉拉, 布鲁尔 尼曼, 诺拉拉 申请人:奥托库姆普联合股份公司