CN1122581A - 改进的压力倾析器 - Google Patents

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Abstract

公开一种装置，可用它来分离悬浮在流入的加压液态矿浆中的固体物。本装置包含一个压力罐，它具有：细长的圆筒形罐壁、一个封盖的顶端和一个用于收集固体物的底部。该压力罐还包含：一个搅动器，它可沿着底部的内侧表面旋转；一个排泄用的双端凸缘管，安装在至少有一个开口的底部下面。配备有一个用于底流的泵，用来排泄已分离的固体物，而不会丧失本装置中的压力。本装置还包含探测器，用来探测本装置中的固体物层位，这些探测器的优点是在工作时不干扰本装置中固体物的沉淀。本装置还包含一个供给井，用来接纳输进的加压矿浆流。供给井具有一个开口，该开口位于本装置中沉淀的固体物限定的层位上方一个预定距离处。

Description

改进的压力倾析器
技术领域
本发明涉及一种在压力条件下从液体分离出各种固体物的装置和方法，更确定地说，涉及一种加压的倾析器系统，用于从拜尔(Bayer)法的液体中分离出红泥，而不需对矿浆减压。
背景工艺
拜尔(Bayer)法迄今已有100多年历史了，它采用的工艺是：使碾碎的或粉碎的铝土矿与一种热的苛性钠溶液接触(所用苛性钠溶液的NaOH浓度常以Na2CO3当量表示)，以溶解其中所含的作为铝酸钠的氢氧化铝，从而从铝土矿中提取氧化铝。这种具有高铝酸钠浓度的溶液被称之为富液。留下来的末煮解的不溶性残余物称为红泥，通常是采用过滤或沉淀的方法或同时采用此二者从溶液中分离出来的。
红泥典型情况下含有大量分得很细的抗分离的固体物。因此，氧化铝的制取需要改进的分离系统，特别是那些能快速有效地分离大量矿浆的分离系统。
在这一方面，有人已做过一些初步尝试，采用加压的沉淀装置从矿浆中澄清出分得很细的固体物。美国专利No.2,107,919(Turner)好象讨论了一种被置于两个吹除罐之间的压力煮解器。美国专利No.4,994,244(Fulford)述及：在低于矿浆液相常压沸腾温度的一种温度条件下，能够实现从煮解的矿浆中分离出红泥。美国专利No.5,080,803讨论了一种方法和装置，用来在悬浮液常压沸点和以上的温度条件下倾析悬浮液。该装置在常压下工作。
上述参考资料讨论了为提高从矿浆中分离细的固体物的效率而做的尝试，与此同时存在一种需要，尤其在铝工业中，即需要能在高压和高温条件下实现分离的改进的系统。
本发明的公开
本发明涉及一种装置和方法，用于分离悬浮在一种输入的加压液态矿浆中的固体物。
本发明的装置包含一个细高的立式罐，其截面通常为圆形，有一个封盖的顶端，其底部有一个用来收集固体物的槽。在此罐内装有一个进料系统，用来接纳加压的液态矿浆。该进料系统包含一个细高的圆筒形供给井，后者依轴向安装在该立式罐的上部区域，在供给井和罐壁之间有一环形空间，此供给井有一个敞开的底，其上部区域内有一个开口和一个用于输入液态矿浆的进入口，该进入口位于供给井的一侧壁上，处于敞开的底部和上部区域之间。
本发明的立式罐还包含一个出料口，用于排放在其上部区域中处于压力下的已澄清的液体；在其底部的槽中有一个出料口，用来排放处于压力下的已分离出来的固体物。此立式罐的其它特点包括：一个用来探测罐中增厚的矿浆层面高度的装置，一个伸入底部槽中的矿浆的耙动/脱水装置。
通入供给井的进料口位于供给井开口底部以上一距离处，足以使固体物充分进行絮凝，使供给井内的液体充分澄清。再者供给井的敞开底部位于立式罐中增厚的矿浆层表面上方一段距离处，足以澄清了的从供给井底部向下排出的液体与已絮凝的固体物相分离，并在供给井和罐壁之间的环形空间内向上流动，经过上部出口排出，而不致太大地干扰增厚的矿浆层。
可取之处是，供给井的上部开口所处的位置可使一部分已澄清的液体向上流经环形空间，通过该开口进入供给井，其方式犹如在供给井内提供一种倒置的烟囱效应。这样进入供给井上部开口的那一部分已澄清的液体向下流经供给井，混合并稀释进入其中的有助于絮凝的那部分矿浆。上部开口还可解除气泡的聚集，否则这种气泡聚集起来会妨碍矿浆的絮凝和沉淀过程。
加压的液态矿浆按正常方式输供给该装置，矿浆中含有一种絮凝剂，絮凝剂是采用典型的喷注方法加入的，为此至少使用一个喷注器，该喷注器安装在与供给井的进料口相连接的入口管道中。按照典型的方法，使用两个喷注器，第一个安装在供给井的进料口邻近处，第二个安装在第一个喷注器所在位置的上游。
本发明的细高的立式压力罐是一个典型的圆柱形罐，具有基本上均一的横截面。不过，根据本发明的一个供选择的实施例，可采用这样一种压力罐，它的下部横截面较大，它的圆柱形上部横截面较小。当然，这需要在下述区域中分离的澄清的液体具有一个实际能达到的尽可能低的平均的上流动速度：在此区域中，絮凝的固体物进行分离，并向下从供给井的下端落向增厚的矿浆层，从而能尽可能少地妨碍固体物的向下通行。为此之故，压力罐在它的这一高度的部位必须具有相对地大的直径。另一方面，压力罐延伸在供给井下端之上的那一部位不会限制上述速度，同时令人十分惊讶地发现：非常清澈的溢流液含有的悬浮固体物少到25毫克/升，即使是在供给井和压力罐壁之间的环形空间内经分离的液体的平均上流速度等于或高于20至25米/小时情况下，也能获得这种清澈的液体。为此之故，压力罐的上部的直径可以大大小于其下部的直径。
这一情况带来的一些重要优点是：可大大降低压力罐所用材料的费用；此外，由于液体经由压力罐壁和供给井之间的环形空间向上流动速度相对地高，从而大大减少了压力罐表面的结垢现象。
压力罐的具有较大横截面的下部可以呈球形；或者可具有矮而相对粗的筒形，其上下部分呈圆锥形；或者为多面体；或者为这些形体的结合体。较为可取的是，下部份截面最大直径至少为较小的上部分截面直径的1.75倍。
用于探测压力罐内增厚的矿浆层表面高度的装置，最好是一系列压差探测器形式，安装在压力罐的圆筒形壁上。重要的是，这些探测器不得干扰增厚的矿浆层的沉淀过程，因此它们应尽可能少地伸入压力罐的内部。
附图的简要说明
图1是本发明的经改进的压力倾析器的前视图。
图2是图1所示改进的压力倾析器部分分解的截面图，是沿图1中2-2线截取的。
图3是图1所示改进的压力倾析器的截面图，是沿图1中3-3线截取的。
图4是图1所示改进的压力倾析器中用的矿浆层高度指示器安装示意图。
图5是一种供选择的压力倾析器罐构形示意图。
图6是另一种压力倾析器罐示意图。
图7是图1所示改进的压力倾析器中由矿浆层高度探测器测定的沉淀过程的曲线图。
实现本发明的最佳方式
图1-4示明本发明的一个优选的压力倾析器实施例，通常以代号10标示。压力倾析器10一般包含一个圆柱形压力罐12，一个最好是圆锥形的底部14，一个封盖的上端16，一个供输进加压的矿浆用的深供给井18，以及一个可选择用的槽体20，它位于圆锥形底部14下方，用于在压力下从倾析器18清除固体物。该倾析器还有一个上部排出口39，用于在压力下排泄澄清的液体。此外，它还包含一个耙动/脱水装置21，装在底部14内；还有多个矿浆红泥高度探测器24，用于测定沉淀的固体物深度。压力倾析器罐10通常是立式的，见图1所示，由支脚28支承着。
圆柱形压力罐12具有一个细长的筒形罐壁，其强度和厚度足以抵抗各种压力、各种温度及其中所盛液体如加压的富苛性碱液溶液中红泥浆的腐蚀。制造压力罐用的材料较为理想的是低碳钢，其厚度约为1.5厘米或稍大，这视压力大小而定。例如，拜尔(Bayer)法中用的一个示范性实施例，其高度为14米、直径大约为3米。
圆柱形压力罐12具有一个封盖的碟形上端16，和多个排气孔30，用来释放在运行过程中聚积在压力罐12中的气体。这些排气孔30在必要时可以手工操作，或者可用定时装置实现自动操作。圆柱形压力罐12是细高的，见图1所示，其长度和直径之比最好在2和6∶1范围内。在一个优选的实施例中，长度和直径之比近似于4.5∶1。对长度和宽度可做某些调整，这视特定应用要求而定。
如前所述，压力罐12还包含一个底部14，用于固体物的聚积和脱水。底部14可做成半球形或圆锥形，虽然圆锥形的可取之处是易于加工制造。底部14最好具有倾斜的边，如图1所示，这些倾斜的边应与水平面成3°-60°的角。成45°角是最可取的，因为这样的圆锥形加工起来最容易，其高度是合理的，不会造成损害，与此同时可确保固体物顺利地从压力罐12中流出。与垂直直角成大约45°的角，这可促使固体物沿罐壁14溜入排泄槽20中。
排泄槽20安置在底部14下面，它最好具有圆锥形，其底用底板34封闭。排泄槽的底板也可安装一个与耙动/脱水装置的轴下端用的一个固定的轴的轴承。固体物排泄管38也与排泄槽20相连，而且此排泄管38连接一个排泄泵(未示出)的入口。增厚的固体物的排泄流速以小于1米/秒为佳，以便压力降达到最小程度。
在压力罐12的一个上部区域内装有一个细高的或深的供给井18，其所处的位置可在供给井18和压力罐12的侧壁之间提供一个环形空间19。字母S表示压力罐内增厚的矿浆层表面的工作面位高度，而字母L则表示压力罐内液体的典型工作液面。供给井18有一个底部开口46，在固体物面位S上方一预定距离处。供给井18还有一个矿浆进入口27，与之相连有一进入管44，它包含一个水平的连接部分43和一个弯头45。在供给管45中装有第一絮凝剂喷注器48，它紧靠进入口27，还装有第二个絮凝剂喷注器50，它位于上游(相对于矿浆流而言)邻近弯头45处。
供给井18的上部有一开口26，用于排放可能存在的任何气体；同时也用作溢流口，使一些澄清的液体向下通过供给井18回流。它位于排气口30和溢流口39之间。
为了便于该装置的最佳操作，供给矿浆的入口27位于开口底部46的上方，其距离大约是供给井18的直径的3-5倍，是顶部开口26的直径的2-4倍。供给井的设计应能保证絮凝物的沉降速度在大约20至200米/小时范围内，在一个典型的商业用装置上，供给井18的直径约为700毫米，长度约为4米，其底部开口46的位置应在固体物面位S以上至少2米。其它的位置也是可能的，而且在某些条件下还可能是有利的。
为了实现增厚的矿浆层的适当收集和排泄，提供了一种耙动机构21，它与轴向驱动轴52相连接，该驱动轴是从压力罐12的顶部经由一电动马达或液压马达63和齿轮减速机65来驱动的。
在驱动轴52的下端有一对依轴向互相隔离的横杆22和23与之相连。有一系列的倾斜件安装于横杆22和23处，其中包括边缘耙动件25、上边缘耙动件66、下边缘耙动件68，一系列的垂直搅动杆56、58、60和62亦安装在上述横杆上。所有这些都随同驱动轴52旋动，从而混合矿浆，使沉淀下来的固体物脱水，同时壁部的倾斜有便于从排泄管38排泄固体物。
增厚的矿浆层深度是利用压力探测器来检测的，该探测器经由连接器24a、24b和24c安装在压力罐12的一个侧壁上。每一探测器装置包含一个管段72，该管段通过连接器24a、24b、24c伸入压力罐12的内部。管段72经由一个隔离阀75比如一个闸阀或球阀，来与另一管段相连，后者包含一个供清洗用的双端凸缘管76，与一冲洗液管道74相连。整个组合装置与一测压传感器73相连。典型的传感器是明尼苏达州的埃顿普来儿(EdenPraire)的玫瑰山公司(Rosemount.Inc)销售的，型号为Model1151DP/GP和1144G。
这些传感器在压力罐内它们所处的那个点上测量作用于其上的压力。固体成份越高，则施加的压力越大。因此，传感器能对照在密度较大的固体物上流动过的清液测出含有液体的密度较大的固体物的存在。
更确切地说，压力触动一遥感膜，该遥感膜将所测量到的压力通过一个注有一种液体的系统传递到传感器73。所传递的压力又触动一传感膜，在传感膜和电容器板之间造成一种微分电容。这一微分电容被转移成一电信号，可用一适当的仪器侧出此信号，从而提供关于压差的信息以便移动移位式绘图机之类的仪器。
共安装四个传感器，第一个传感器安装在24a处，在所预期的淀积固体物层位S的最高位置上方一定距离处，见图1所示。第二对传感器位于24b和24c高度处，邻近利于操作的淀积固体物层位S，处于上下传感器之间的中途，而第四个传感器则位于24d高度处，在所预计的淀积固体物最高层位S的下方。根据这一布置，所传送的用以监测压力罐12中固体物层位的各信号即表示作为上部探测器的24a和24b处传感器之间的差，以及作为下部探测器的24c和24d处的传感器之间的差。
从移位式绘图机得到的典型读数，见图7中，就上部传感器和下部传感器绘出。图7中的数字1-6的含义是：
1下泥浆层位指示上升。
2增加絮凝剂用量。
→下泥浆层位指示数下降。
3降低底流速度。
→下泥浆层位指示数上升。
4上泥浆层位指示上升(泥浆积聚)。
5提高底流速度以降低泥浆层位。
→上泥浆层位下降。
6下泥浆层位下降。
→泥浆存量减少。
当然应意识到，用其它类仪表来测量这些差压也是可行的，其它类型的非干涉性仪表包括那些超声测位型或放射线型(伽马仪)。
图5和6示明本发明的装置的两个实施例，该装置的下部横截面较大，上部呈圆柱形，其横截面较小。从图5看出，它包含一个大的球形底部80，其顶端连接一个直径小得多的圆柱形部分81。供给井18主体安装在这一小的圆柱形部分81中，供给井18的下端伸入大的球体部分内。供给井18的顶端有一开口47，它可向上排放气体，还可使部分清液回流，这些清液是沿着供给井18和圆柱形部分81之间的环形空间19向上流动的。
下面的球形部分80是足够大的，可使清液与絮凝的固体物相分离，从底上的出口46排出固体物，从而使絮凝的固体物继续向下聚积在固体物表面层S上，而清液则通过环形空间19向上流动。
一个圆筒形的槽体20连接在球形部分80的底端，固体物排泄管38与槽体20相连。一个旋转的耙动部件与驱动轴52的底端相连，它包括一个水平部分35，倾斜部分36和垂直部分37向下伸入槽体20中。
图6所示的一种设计结构基本上与图5的相似，其主要的不同之处是：图5所示的球形部分80被一个相对地粗短的球形部件所代替，它具有中心球体部分82，具有倾斜的上壁83和倾斜的下壁84。再者，一个槽体20与底部倾斜份84的下端相连，一个耙动部件与驱动轴52的下端相连。该耙动部件包含一个水平件40、一个垂直件41、倾斜部件49和垂直部件51，此垂直部件51向下伸入槽体20中。
已对本装置的结构进行了描述，现在就可参照对拜尔(Bayer)法的矿浆澄清来理解本装置的操作，这是涉及从热的新鲜富Bayer法液体分离出红泥固体物，此液体所处的压力和温度条件仍然和煮解法的大致相同。参照图1-4，由含有红泥和富液(未示出)的Bayer法矿浆产生的加压蒸气，通过入口管44进入，在此它接受两次絮凝剂喷注，絮凝剂分两步从第一和第二喷注器48和50喷入。所用絮凝剂最好是一种阴离子钠聚丙烯酸脂或相似的絮凝剂，以适于从铝土矿分离出来的红泥沉淀。这类絮凝剂如ALCAR-600，Allied Colloids有限公司有售，按重量计已稀释到小于大约1.0％的浓度。占絮凝剂总量的0～50％(最好是大约30％)的一个小份，是通过第二个喷注点50添加进去的，该喷注点位于矿浆入口管44上的弯头45附近，即正好在改变方向后的最高点附近。在此最高点，矿浆入口管44中出现最大紊流。矿浆向下滑流在倾斜的入口管44中，通过这一最大紊流区，流向供给井18，借助喷注接受大部份的絮凝剂，在大约50％至100％之间，最好是70％，这些絮凝剂是通过第一絮凝剂喷注器48喷入的。当矿浆接近供给井18时，矿浆的速度不大于大约1米/秒。矿浆在进入供给井18之处，它被导向朝下流，通过延伸的供给井细高圆柱体，随之在该圆柱体内出现絮凝和分离过程，直到矿浆抵达排出口46。在这个点上，矿浆的速度和动能都达到这样的程度，使得絮凝的固体物继续沉淀在沉淀着的固体物层表面S上；与此同时，澄清的液体向上流经环形空间19，不致太大干扰沉淀的固体物层。当各固体物向着底部14沉淀时，它们越来越多地失去其所含的液体，通过由驱动轴52带动旋转的耙动件21加速了沉积物。在这些固体物达到槽体20时，它们大都密实了，即可通过排泄管38加以排泄。固体物的最终从液体脱水是借助于驱动轴52的慢速旋转带动耙动部件21转动的办法来实现的。
图5和6所示装置的工作方式基本上与图1-4所示装置相同，只有一点除外，那就是在图5和6所示装置上的环形区要小得多，从而导致澄清的液体在环形区内的向上流动速度大大增高。
下面所述的两个例子意在说明本发明的实施情况，但并不是有意产生限制作用。
例1
根据图1-4的一个经过改进的压力倾析器使用了两个月时间。供给的红泥矿浆是在130-150℃温度条件下通过提取含180克/升苛性碱(以Na2CO3表示)的澳大利亚铝土矿而获得的。所得到的红泥浆的固体物含量为50至90克/升。在试验期间，矿浆以高达225立方米/小时的速度流入倾析器，这相当于每小时处理高达42吨的铝土矿，这一量视氧化铝的含量多少而定。合成絮凝剂的添加量围绕下述指标调整：120克合成絮凝剂/吨铝土矿。在供给井和压力罐内壁之间的环形空间内液体的向上流动速度约为21米/小时，从倾析器出来的向下液流中的固体物含量在40-50％。
例2
本发明的压力倾析器的性能与常用的沉淀分离器相比，后者是在常压下工作，也配备有一个深的沉淀分离器，其工作温度略高于被分离液体在常压下的沸点，这与美国专利No.5,080,030相似。
本发明的压力倾析器已证明所处理的矿浆负荷量比其它沉淀分离器要大一个数量级，能保证溢流(O′F)澄清度优于一个系数2或更优。悬浮的固体物平均为20～25毫米/升；与之相比，常用的沉淀分离器的这一值为200毫克/升。本发明的装置中得出的底流(U/F)所含固体物量较高，为42％；与之相比，常用装置中的这一值为30-32％。

Claims (12)

1.一种用于分离输入的加压液态矿浆中悬浮的固体物的装置，它包含：
一个细高的立式罐，具有通常的圆形截面，具有一个封盖的顶端和一个用于收集固体物的底槽；
一个进料口系统，它用于接纳加压的液态矿浆，包含一个细高的圆柱形供给井，依轴向安装在所述罐的上部区域，在供给井和罐壁之间形成一个环形空间；该供给井有一个敞开的底部，在其上部区域有一个开口；在供给井的一个侧壁上有一个液态矿浆的入口，它位于敞开的底部和上部开口之间；
一个用于排泄在压力下的澄清的液体的排出口，它位于该罐的上部区域；
一个用于排泄在压力下的分离的固体物的排出口，它位于上述底槽中；
探测装置，用于探测罐中增厚的矿浆层的深度；以及
一个耙动/脱水装置，它伸入所述的底槽中。
其特征在于：供给井入口位于敞开的底部上方一段距离处，足以使供给井内的固体物充分絮凝、液体充分澄清；供给井的敞开底部位于增厚的矿浆层表面上方一段距离处，足以使澄清的液体向下从供给井底部流出、与絮凝的固体物相分离，在供给井和罐壁之间的环形空间内向上流动，而后经所述的上部排泄口排出，不致太大地干扰所述增厚的矿浆层。
2.按照权利要求1中所述的一种装置，其特征在于：供给井的上部开口所处的位置，可以使一部分澄清的液体向上流经上述环形空间，经该开口进入供给井，以便在供给井内产生一个倒置的烟囱的效应。
3.按照权利要求1中所述的装置，其特征在于：罐是一个圆柱形的罐，具有基本上均一的横截面。
4.按照权利要求1中所述的装置，其特征在于：罐包一个其横截面较大的下部和一个其横截面较小的圆柱形上部。
5.按照权利要求4中所述的装置，其特征在于：供给井的底部伸入具有较大横截面的下部。
6.按照权利要求5中所述的装置，其特征在于：具有较大横截面的下部是球形的。
7.按照权利要求5中所述的装置，其特征在于：具有较大横截面的下部基本上是圆柱形的。
8.按照权利要求1中所述的装置，其特征在于：槽体是一个朝下凸出的基本上呈圆柱形的部分，其横截面大大小于罐的下部。
9.按照权利要求4中所述的装置，其特征在于：罐下部的直径至少为罐上部的直径的1.75倍。
10.按照权利要求1中所述的装置，其特征在于：矿浆层深度探测装置是压差探测器，安装在罐的圆筒形壁上。
11.按照权利要求1中所述的装置，其特征在于：进给系统包括一条进料管，它与所述系统的进料口相连；所述进料管至少包括一个安装在其上的絮凝剂喷注器。
12.按照权利要求11中所述的装置，它包含两个所述的絮凝剂喷注器，第一个喷注器位于所述进料口近旁，第二个喷注器位于第一个喷注器的上游。
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