CN113264542A - 一种碱矿用超声溶矿装置及其处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碱矿用超声溶矿装置，属于碱制备技术领域，解决了现有技术中制碱时碱矿表面破碎效果差、碱产量低、碱溶出效率低的问题，包括对胶状碱矿原泥进行破碎的破泥组件，破泥组件包括破碎件和提升件，破碎件包括钢管，钢管顶部连接有潜水泥浆泵A，提升件包括钢管B，钢管B端部连接有潜水泥浆B，超声组件包括反应箱体，反应箱体内设有多个超声振动棒和超声波振子。本发明依据碱矿浓度将碱矿分区域破碎，不仅破碎效率高，而且为碱的析出破除外表阻力，提高碱制备量，利用超声组件使原泥产生空化作用，使原泥内含碱不断冲击原泥表面，提高碱产出量，同时加快热传递，使内部碱受热均匀，提高碱溶出效率。
Description
技术领域
本发明属于碱制备技术领域，具体地说，尤其涉及一种碱矿用超声溶矿装置及其处理工艺。
背景技术
纯碱，俗称苏打，是重要的的化工原料，主要用于玻璃、化工、洗涤剂、造纸、食品加工等，其年产量和用量在很大程度上反映一个国家化学工业的发展水平，主要有天然碱法、联碱法、氨碱法等。天然碱矿在世界上主要有三大产区：北美西部、亚洲北部和非洲东部，我国内蒙古博源和河南天棚发现贮存有天然碱，天然碱直接加工制碱成本较低，污染小，但大多数碱矿上层被直接制碱后，其下部碱矿外表被胶状黏土包裹，常规抽提泵由于无法有效破碎胶状黏土，致使碱无法溶出，造成大量碱矿资源的浪费，同时通常采用注入纯水进行溶解析出，不仅溶出速度慢，而且碱溶出量低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种碱矿表面破碎效果好、碱产量高、碱溶出效率高的碱矿用超声溶矿装置及其处理工艺。
为了实现上述技术目的，本发明碱矿用超声溶矿装置采用的技术方案为：
一种碱矿用超声溶矿装置，包括平台、对碱矿进行破碎提升的破泥组件以及对提升后原泥进行超声处理的超声组件；
所述破泥组件包括对胶状碱矿原泥进行破碎的破碎件以及对破碎后泥浆进行抽提的提升件，所述破碎件包括伸入碱矿原泥底部的钢管A，所述钢管A包括多个由下至上顺序连接的套管，所述碱矿原泥由下至上按所含碱浓度划分为多个区域，所述套管数量与区域数量相匹配，所述底端套管端部与碱矿底部相贴合，顶端套管连接有置于水下的潜水泥浆泵A，所述相邻套管之间经法兰盘连接，所述提升件包括设于钢管A侧部的钢管B，所述钢管B端部连接有提升原泥泥浆的潜水泥浆泵B；
所述超声组件包括设于平台表面与潜水泥浆泵B相连接的反应箱体，所述反应箱体顶部设有盖板，所述盖板上设有可拆卸法兰，所述反应箱体内经隔板分隔为破解腔和超声波发生腔，所述破解腔内插设有多个超声振动棒，所述超声波发生腔内设有多个超声波振子，所述超声波振子经置于反应箱体外部的电源驱动，所述电源为50Hz的交流电，其经换能器转换为超声频电振荡信号后输送至超声振动棒和超声波振子。
优选的，所述超声波振子和超声振动棒合计功率为46KW，其中，超声波振子功率为38～40KW，频率为22kHz，超声振动棒功率为6～8KW，频率为20kHz。
优选的，所述超声波振子和超声振动棒上下相互交错设置于反应箱体内壁。
优选的，所述超声波振子和超声震动棒相互交错设置于反应箱体底部。
优选的，所述每三个超声波振子之间设置有一个超声振动棒。
优选的，一种碱矿超声溶矿处理工艺，包括以下步骤：1)将碱矿按照内部所含碱的浓度划分为多个浓度区域，测量每个区域的深度，按各个区域准备相应长度的套管，各套管经法兰盘相互套接为一体；2)将套接后的钢管A插入碱矿底部，令末端套管的端部与碱矿相贴合，启动潜水泥浆泵A，利用高速水流对碱矿底部的胶状原泥进行冲击，使碱矿下部原泥的胶状外表破碎，并与水流混合形成原泥泥浆；3)启动潜水泥浆泵B，通过钢管B将破碎后原泥泥浆沿反应箱体进口向反应箱体出口流动，同时，50Hz交流电经换能器转换为超声频电振荡信号后分别传递至超声振动棒和超声波振子，超声振动棒以6～8KW的功率产生超声波，超声波振子以38～40KW的功率产生超声波，实现不同功率的超声混合处理碱矿原泥，便于碱自原胶状体系脱离。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明依据碱矿浓度将碱矿分割为多个区域，利用水泵使高速水流对多区域碱矿胶状外表进行破碎冲击，不仅破碎效率高，而且为碱的析出破除外表阻力，从而提高碱制备量；
2、本发明将超声波发生器发出的高频振荡信号通过超声振动棒和超声振子转换成高频机械振荡而传播到碱矿原泥中，使浓缩原泥产生空化作用，令原泥溶液产生局部高温和高压，空化作用产生的气泡破裂后形成冲击波，溶液湍流加速，使原泥内含碱不断冲击原泥表面，提高碱产出量；
3、本发明通过超声振动棒和超声振子的配合，产生混合频率超声波，加快热传递，使内部碱受热均匀，便于碱溶质快速分散，提高碱溶出效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中反应箱体的结构示意图。
图中：1.平台；2.钢管A；3.潜水泥浆泵A；4.钢管B；5.潜水泥浆泵B；6.反应箱体；7.盖板；8.法兰；9.隔板；10.超声振动棒；11.超声波振子；12.电源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对发明进一步说明：
如图1—2所示，一种碱矿用超声溶矿装置，包括平台1、对碱矿进行破碎提升的破泥组件以及对提升后原泥进行超声处理的超声组件；
所述破泥组件包括对胶状碱矿原泥进行破碎的破碎件以及对破碎后泥浆进行抽提的提升件，所述破碎件包括伸入碱矿原泥底部的钢管A2，所述钢管A2包括多个由下至上顺序连接的套管，所述碱矿原泥由下至上按所含碱浓度划分为多个区域，所述套管数量与区域数量相匹配，所述底端套管端部与碱矿底部相贴合，顶端套管连接有置于水下的潜水泥浆泵A3，所述相邻套管之间经法兰盘连接，所述提升件包括设于钢管A2侧部的钢管B4，所述钢管B4端部连接有提升原泥泥浆的潜水泥浆泵B5；
所述超声组件包括设于平台1表面与潜水泥浆泵B5相连接的反应箱体6，所述反应箱体6顶部设有盖板7，所述盖板7上设有可拆卸法兰8，所述反应箱体6内经隔板9分隔为破解腔和超声波发生腔，所述破解腔内插设有多个超声振动棒10，所述超声波发生腔内设有多个超声波振子11，所述超声波振子11经置于反应箱体6外部的电源12驱动，所述电源12为50Hz的交流电，其经换能器转换为超声频电振荡信号后输送至超声振动棒10和超声波振子11，所述超声波振子11和超声振动棒10合计功率为46KW，其中，超声波振子11功率为38～40KW，频率为22kHz，超声振动棒10功率为6～8KW，频率为20kHz。
本发明将套管数量与不同浓度分割区相匹配，使浓度采集细分化，避免受浓度影响，钢管B无法直接采取碱矿原泥，通过潜水泥浆泵A3与钢管A2的配合令高速水流冲击碱矿底部胶状原泥，使原泥破碎后与水形成原泥泥浆，利用钢管B4将原泥泥浆提升至反应箱体6内，将超声波振子11和超声振动棒10设置为不同功率，使原泥受不同功率超声波影响，令碱溶质产生不同大小气泡，两者相互撞击溶剂表面，使溶剂表面阻力快速降低，碱快速溶出。
所述超声波振子11和超声振动棒10上下相互交错设置于反应箱体6内壁，所述超声波振子11和超声振动棒10相互交错设置于反应箱体6底部，所述每三个超声波振子11之间设置有一个超声振动棒10。
一种碱矿超声溶矿处理工艺，包括以下步骤：1)将碱矿按照内部所含碱的浓度划分为多个浓度区域，测量每个区域的深度，按各个区域准备相应长度的套管，各套管经法兰盘相互套接为一体；2)将套接后的钢管A插入碱矿底部，令末端套管的端部与碱矿相贴合，启动潜水泥浆泵A，利用高速水流对碱矿底部的胶状原泥进行冲击，使碱矿下部原泥的胶状外表破碎，并与水流混合形成原泥泥浆；3)启动潜水泥浆泵B，通过钢管B将破碎后原泥泥浆沿反应箱体进口向反应箱体出口流动，同时，50Hz交流电经换能器转换为超声频电振荡信号后分别传递至超声振动棒和超声波振子，超声振动棒以6～8KW的功率产生超声波，超声波振子以38～40KW的功率产生超声波，实现不同功率的超声混合处理碱矿原泥，便于碱自原胶状体系脱离。
实施例1
取120g原泥，加水至800mL，充分搅拌至无泥块，制成10％含水率混合溶液，取一定重量份原泥溶液以6500转转速进行离心，向离心后溶液加入甲基橙，以酚酞作为指示剂，用0.1mol/L的盐酸进行滴定，测得原泥中碳酸钠溶出量为0.21g/L，碳酸氢钠溶出量为0.12g/L。
实施例2
取120g原泥，加水至800mL，充分搅拌至无泥块，制成10％含水率混合溶液，取一定重量份原泥溶液以6500转转速进行离心，对离心后混合溶液超声处理0～5min后，加入甲基橙，以酚酞作为指示剂，用0.1mol/L的盐酸进行滴定，原泥中碳酸钠与碳酸氢钠溶出量无变化。
通过对比实施例1和实施例2，可知，原泥溶液直接离心后，碳酸钠和碳酸氢钠溶出量与先离心再超声后的溶出量无差别，即离心后超声无法促进碳酸钠和碳酸氢钠的溶出度。
实施例3
取120g原泥，加水至800mL，充分搅拌至无泥块，制成10％含水率混合溶液，超声处理1min，取一定重量份原泥溶液以6500转转速进行离心，向离心后混合溶液加入甲基橙，以酚酞作为指示剂，用0.1mol/L的盐酸进行滴定，测得原泥中碳酸钠溶出量为0.51g/L，碳酸氢钠溶出量为0.27g/L。
实施例4
取120g原泥，加水至800mL，充分搅拌至无泥块，制成10％含水率混合溶液，超声处理2min，取一定重量份原泥溶液以6500转转速进行离心，向离心后混合溶液加入甲基橙，以酚酞作为指示剂，用0.1mol/L的盐酸进行滴定，测得原泥中碳酸钠溶出量为1.10g/L，碳酸氢钠溶出量为0.61g/L。
实施例5
取120g原泥，加水至800mL，充分搅拌至无泥块，制成10％含水率混合溶液，超声处理3min，取一定重量份原泥溶液以6500转转速进行离心，向离心后混合溶液加入甲基橙，以酚酞作为指示剂，用0.1mol/L的盐酸进行滴定，测得原泥中碳酸钠溶出量为1.36g/L，碳酸氢钠溶出量为0.74g/L。
对比实施例1、实施例2、实施例3、实施例4以及实施例5可知，在对碱矿原泥离心处理前进行超声处理，有助于提高碱自原泥溶液中溶出，同时，超声处理碱矿原泥1min后碱溶出浓度提高2.5倍，超声处理2min后碱溶出浓度提高5倍，超声处理3min后碱溶出浓度提高7倍，超声处理5min后则碱溶出浓度无变化。
综上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
Claims (6)
1.一种碱矿用超声溶矿装置，其特征在于：包括平台、对碱矿进行破碎提升的破泥组件以及对提升后原泥进行超声处理的超声组件；
所述破泥组件包括对胶状碱矿原泥进行破碎的破碎件以及对破碎后泥浆进行抽提的提升件，所述破碎件包括伸入碱矿原泥底部的钢管A，所述钢管A包括多个由下至上顺序连接的套管，所述碱矿原泥由下至上按所含碱浓度划分为多个区域，所述套管数量与区域数量相匹配，所述底端套管端部与碱矿底部相贴合，顶端套管连接有置于水下的潜水泥浆泵A，所述相邻套管之间经法兰盘连接，所述提升件包括设于钢管A侧部的钢管B，所述钢管B端部连接有提升原泥泥浆的潜水泥浆泵B；
所述超声组件包括设于平台表面与潜水泥浆泵B相连接的反应箱体，所述反应箱体顶部设有盖板，所述盖板上设有可拆卸法兰，所述反应箱体内经隔板分隔为破解腔和超声波发生腔，所述破解腔内插设有多个超声振动棒，所述超声波发生腔内设有多个超声波振子，所述超声波振子经置于反应箱体外部的电源驱动，所述电源为50Hz的交流电，其经换能器转换为超声频电振荡信号后输送至超声振动棒和超声波振子。
2.根据权利要求1所述碱矿用超声溶矿装置，其特征在于：所述超声波振子和超声振动棒合计功率为46KW，其中，超声波振子功率为38～40KW，频率为22kHz，超声振动棒功率为6～8KW，频率为20kHz。
3.根据权利要求2所述碱矿用超声溶矿装置，其特征在于：所述超声波振子和超声振动棒上下相互交错设置于反应箱体内壁。
4.根据权利要求3所述碱矿用超声溶矿装置，其特征在于：所述超声波振子和超声震动棒相互交错设置于反应箱体底部。
5.根据权利要求4所述碱矿用超声溶矿装置，其特征在于：所述每三个超声波振子之间设置有一个超声振动棒。
6.一种碱矿超声溶矿处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：1)将碱矿按照内部所含碱的浓度划分为多个浓度区域，测量每个区域的深度，按各个区域准备相应长度的套管，各套管经法兰盘相互套接为一体；2)将套接后的钢管A插入碱矿底部，令末端套管的端部与碱矿相贴合，启动潜水泥浆泵A，利用高速水流对碱矿底部的胶状原泥进行冲击，使碱矿下部原泥的胶状外表破碎，并与水流混合形成原泥泥浆；3)启动潜水泥浆泵B，通过钢管B将破碎后原泥泥浆沿反应箱体进口向反应箱体出口流动，同时，50Hz交流电经换能器转换为超声频电振荡信号后分别传递至超声振动棒和超声波振子，超声振动棒以6～8KW的功率产生超声波，超声波振子以38～40KW的功率产生超声波，实现不同功率的超声混合处理碱矿原泥，便于碱自原胶状体系脱离。
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