CN1520331A - 用于净化和/或浓缩浆液的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种净化和/或浓缩含有固体的溶液即浆液的方法，和用来实现此方法的设备。使用本发明的方法和设备，可将待注入到净化或浓缩设备中的浆液均匀地分布到槽中已有的浆液中。现在发展的净化槽的特征是槽中的耙状件系统的排流能力从槽边缘到中部都相同。排流能力测定为与从槽中部的底流排出能力相同。排流能力可通过使用各种不同高度的耙状件排流板来达到相同，其中，该高度是根据排流板到耙状件轴的距离和在同一环形截面上旋转的板的数量来确定的。

Description

用于净化和/或浓缩浆液的方法和设备

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，以及用来实现此方法的设备。使用本发明的方法和设备，可将待注入到净化或浓缩设备中的浆液均匀地分布到槽里已有的浆液中。现在发展的净化槽的特征是槽中耙状件系统的排流能力从槽边缘到中部都相同。排流能力测定为与从槽中部的底流排出能力相同。排流能力根据从耙状件轴起的排流板的距离和在同一环形截面上旋转的板的数量，通过使用不同高度的耙状件排流板来达到相同。

发明背景

净化或浓缩设备包括一个槽，待净化的浆液通过给料井注入到槽中，该给料井位于净化槽的中部，通常在其上方中部。此后在发明说明书中使用术语净化时，它还用来指浓缩，这是因为所描述的方法和设备通常能够用于两种目的。净化槽的直径比给料井的直径大十倍。除了浆液之外，絮凝剂也被注入到给料井中，以在净化中使用。在注入到给料井中时，絮凝剂通常混合到浆液中。净化或浓缩槽还可能在底部附近配备有一个可运行的耙状件，或者没有配备。

已净化的液体或溢流作为溢流从净化槽中除去，浓缩的浆液或底流从槽底的中部除去，到达已经被耙状件臂移动的地方。浓缩槽的底部通常倾斜，就是倾斜向下朝向中部，借此除去固体就比较容易。耙状件中臂的数量可根据设计方案变化。一些耙状件臂的长度为槽的半径，另一些可能要短一些。垂直板固定到耙状件臂上，它们将浆液从边缘移向中部。它们与耙状件臂垂直或者例如以30度角地固定在那里。

当在给料井中絮凝剂与浆液的混合是通过例如切线进给获得的，很明显絮凝剂没有均匀地混合，局部剪切力变得很大。但是，现在使用的絮凝剂是大分子聚合物，其作用随着剪切力增加而受到阻碍。如果在那里将待从给料井传送到净化槽的浆液强行地排出，那么浆液在最小压力的方向上就有基本对准上方的危险，从而在槽上部会被混合到已分开的并已净化的溢流中。净化或浓缩槽耙状件通常起作用以使它们有一个“超大”的排流能力，借此它们将浓缩了的浆液挤压到槽的中部，并在此处形成比其它部分的浆液更高的堆积。

发明概述

现在已经发展了一种方法和设备来净化和浓缩含有固体的溶液，也就是浆液，其中位于净化槽中的耙状件的能力从槽的边缘到中部区域确定为基本上相同的幅度。浆液通过给料井注入到实际的浓缩器中，以便浆液从井向外和向下散布。用来作为沉降空间的浓缩器在底部方向上装配有耙状件，其中至少两个排流元件到达圆柱槽的边缘，至少两个要显著地短。但是，本发明并不受限于该排流元件或耙状件臂溶液。耙状件臂排流板的高度可变化，以便由耙状件臂排流板形成的每一个圆周的排流能力多多少少地直到中部区域都一致。为了达到此目的，根据发明，设备中的排流板的高度依赖于板到耙状件轴的距离和所述处的耙状件臂的数量。排流板最好倾斜地垂直朝向耙状件轴。发明的本质特征将在附属权利要求中阐明。

本发明方法尤其可应用于这样的情况，即其目的是清晰的完全与固体分开的溢流溶液。已沉淀和除去的底流可回流到前面的加工步骤中。仅有累积的等量的底流例如通过过滤被移除。这种方式下，沉降空间的流体动力学性状得到增加。该方法和设备已被证明是有益的，特别是在处理含有石膏和金属的氢氧化物的沉淀物时更是如此。沉淀物是在用石灰化合物中和酸性洗涤水时形成的，该酸性洗涤水由酸浸钢而产生。

根据本发明，在净化或浓缩设备中有一个给料井，含有固体的溶液或浆液将注入到给料井中。浆液可从例如上面注入到给料井中，然而浆液注入是可控制的。使用的絮凝剂也注入到给料井中。给料井最好是一个直立的圆柱体，并配备有其自身的混合元件。混合元件最好是螺旋管型的混合器，其工作原理在美国专利5,182,027中得到描述，其结构为两根管子围绕轴旋转1/3-2圈。混合方向是升高的。正是由于混合元件，才能够将絮凝剂均匀地混合到浆液中，从而在整个给料井区域中混合的强度都非常低而均匀。这样可避免强烈的局部混合。

混合元件的直径为给料井的40-80％。混合元件轴是一个中空的圆柱，其直径足够大，从而净化槽耙状件的轴和轴的连接法兰都可以穿过混合元件的轴装配。螺旋管所需要的支承的一端自然地固定到管子上，另一端固定到混合元件的轴壳上。给料井还可配备有一些导流板，它们沿着井的边缘等间隔设置。一部分导流板的高度与给料井相同，但最好有这样的一些导流板设置在其间，这些导流板从底部向上延伸，延伸的高度仅约为长导流板和整个给料井高度的1/3。

浆液和混合到浆液中的絮凝剂通过一些开口从实际的给料井被向下引导，这些开口位于给料井的下边缘，并总是位于导流板之间。开口在混合器的旋转方向上位于导流板的前方。这样，混合器在导流板处引起的压力脉冲促进了浆液在每一个开口处的均匀排出。出流的速度最好为0.05-0.2m/s的等级。部分浆液也可能流过耙状件的轴套筒。

浆液从给料井流到位于给料井下方的引导锥体，该引导锥体延伸进入净化槽中的浆液层的上部。引导锥体是用来给进入沉降空间的浆液一个向下移动的分量，降低浆液弯曲向上流的趋势。这种方式下，浆液均匀地散布到压实的沉淀物中，不会与溢流溶液混合。引导锥体，如其名字所示，是一个向下拓宽的锥体，其开口在内侧。来自给料井的浆液通过位于引导锥体边缘下部的开口排出进入到净化槽中。引导锥体的坚固的下边缘将压实的浆液向下推，槽中的压力差引起浆液在各排出口中均匀地分配。引导锥体位于净化槽内的浆液层的上部，该浆液层仍然处于压实的阶段。已证明，引导锥体下部的最佳高度为槽中部的溶液和浆液深度的0.5-0.7倍。

在沉降空间中，也就是净化槽中，已同时向下净化和压实了的底流，被使用耙状件系统从圆柱槽的边缘移动朝向槽的中部。如果槽不是圆柱形的，那么已净化在槽角落的底流移动到槽圆形周边必须采用之前已知的方式来执行。在现在发展的设备中，耙状件有两个臂到达圆柱槽的边缘，在它们之间有两个短臂，其长度仅约为长臂长度的一半。理所当然的是，长臂和辅助臂的数量可在发明的范围之内变化，而不受限于两个长臂和两个辅助臂。现在发展的净化槽溶液的特征是底流排出能力从槽边缘到中部区域都相同。排出能力测定为与来自槽中部的底流排出能力相同。这种方法能够避免“超大”的排流能力，而“超大”的排流能力会导致压实的浆液在净化器的中部大量增加，从而形成堆积。压实的底流的表面不会上升到给料井引导锥体，这样就避免了出现不均匀的、管道化的浆液注入。

获得在沉降空间中的相同的排出能力，从而附着到耙状件臂系统上的底流排流板的高度会变化。与耙状件轴距离相同的排流板将来自环形区域的底流朝向内部移动。由于从槽的周边向内环形区域的截面会变小，为了获得相同的排流能力，排流板的高度应该随着其位置越来越靠近耙状件的轴而增加。每一个与耙状件轴距离相同的排流板都具有相同的高度。这样，外部排流板的高度比那些靠近中部的排流板的高度小。在沉降空间内部，即短辅助臂位于长耙状件臂之间的地方，排流能力随着耙状件臂的数量增加一倍而增加，因此，在这种方式下，所有排流板的高度都可设为与耙状件臂末端排流板的高度相同等级的幅度。从这里开始，排流板的高度向中部方向将再次逐步增加。那些最靠近耙状件轴的末级排流板的高度可保持为基本上相同，这会引起中部区域的耙状件臂的底流排流能力下降。排流板的高度在一定的距离内保持相同，该距离为与槽等长的耙状件臂的长度的15-30％。在这种方式下运行时，外部大量的向中部移动的底流参与将中部的底流移向排出口。由外部移动的底流引起的挤压将更为均匀地压实底流，并提高待除去的底流中的固体含量。

在上面描述的方式中，本发明方法能够防止“过量”的底流排流。当耙状件的动力传动装置装配有变频器时，可通过调节耙状件的运行速度来为每一种情况确定更加合适的底流排流能力。采用现在发展的方法，可避免这样的情况，即底流的超量排流导致底流在净化槽的中部堆积。如果形成了堆积，那么将可能导致底流排出口的阻塞，另外还会防止来自给料井的浆液均匀地分布到沉降空间中。如前所述，这将进一步导致对溢流净化的扰动。

附图的简要说明

根据本发明的方法和设备通过附图得到进一步的说明，其中

图1为整个净化设备的垂直剖面，

图2介绍了根据图1的净化设备从上方看的情况，和

图3显示了根据发明的净化槽给料井的垂直剖面。

优选实施例的详细描述

图1显示了一个净化设备1，在其内部设有一个给料井2，位于它的上方中部。在给料井内浆液混合元件3位于给料井的轴4上。一附着到给料井下部上的引导锥体5只能看到一部分。已净化的底流从边缘7移动到圆柱形的净化槽6的内部，并通过耙状件10流向底流锥体9，底流锥体位于槽中部区域8的下部。悬挂耙状件的轴11穿过混合元件轴4。两个轴的动力传动装置都没有详细显示。在耙状件臂12的下方是排流板13，图中还显示出排流板的高度根据它们到耙状件轴的距离和耙状件臂的数量而变化。耙状件固定架14位于耙状件上方。中部区域8呈环形并从耙状件的轴向外延伸，延伸的距离为长耙状件臂12长度的15-30％。中部区域内的排流板的高度可认为是标准的。耙状件臂与净化槽的底15平行，也就是说朝向耙状件轴和槽的中部向下倾。这样，净化槽朝向中部处变深。净化的溢流从槽的上部除去进入其自身的排出槽16中。

图2介绍了图1的净化设备从上方看的情况。在这种情况下，它显示出耙状件10配备了两个长耙状件臂12和位于长耙状件臂之间的两个短辅助臂17。图中显示出一个耙状件臂带有臂传动齿轮的支承梁18，而另一个没有。图中还显示出耙状件支承杆19。排流板13相互之间的距离沿耙状件臂始终相同。如图所示，排流板与耙状件臂约呈30度的角(相对半径)。排流板的长度沿耙状件臂始终相同。排流板的长度(宽度)如此确定，以便前一块板的后端与后一块板的前端重叠10-20％。排流板的功能效率也提高了，这是通过板与垂直平面呈5-25度角的事实，即它们稍微倾斜朝向耙状件轴的事实实现的。随着耙状件旋转，底流通过排流板的耕作效果移向中部。另外，由于前面描述的排流板定位的结果，底流还会升高超出排流板少许。正因为这种简单的工序，排流板不会在耙状件下方将底流压实成薄层，而正相反，将它维持松动，从而防止耙状件变成楔形卡塞。

图3更为详细地阐述了净化槽给料井，其形状为直立圆柱。浆液通过管道20注入到井中，絮凝剂通过另一个管道21注入到井中。浆液和絮凝剂都以易控流量的方式注入到给料井中，因为它们在井中通过一个混合元件3混合到一起。图中显示出螺旋管混合器轴4做成一个套筒的形式，以便混合槽耙状件轴11和耙状件轴的连接法兰22都适合穿过它。混合元件3包括两个管子23，它们绕轴旋转1/3-2圈。管子23通过支承元件24支承在轴上。混合方向25是升高的方向。混合元件的直径为给料井直径的40-80％。

给料井2还装配有一些导流板26，它们均匀地位于给料井的外边缘27上。浆液和絮凝剂都最好在混合前侧导流板附近被引导到给料井中。部分导流板的高度基本上与给料井相同，但是一部分导流板，最好是每下一个导流板的高度只为给料井高度的1/3。所有的导流板都被从给料井28的底部向上支承。导流板数量为12-24之间。浆液排出口29总是位于给料井的底部导流板之间，以便它们就混合元件的旋转方向而言位于导流板的前面。根据本发明的给料井，絮凝剂与浆液迅速混合，但是当浆液在给料井中的滞留时间调节到3-15分钟时，浆液在向前引导之前就会很好地凝聚。

附着在给料井底部的是引导锥体5，它向下敞开，给料井排出口通到引导锥体的内部。引导锥体由一个或许多锥体表面组成，最好向内打开，虽然并不是必须这样。图3显示了两个锥体表面，其中上锥体表面30以20-45度(自水平面方向)的角向下敞开。上锥体表面紧密地固定到下锥体表面31上，下锥体表面以45-75度(自水平方向)的角向下敞开。位于锥体表面下部的是浆液引导口32。引导口的数量例如在16-32之间，这些口的出流可在0.05-0.2m/s的范围内调节。引导锥体的下边缘33是完整的，并最好是竖直的。引导锥体是用来防止注入到净化槽中的浆液剧烈地流向底流层的表面，那会危及溢流流的净化度。引导锥体的尺寸可设定，以便其下边缘的直径比给料井的直径大1.3-2倍。当引导锥体由多个锥体表面形成时，最陡峭的锥体表面最好占有整个引导锥体的整个高度的55-70％。

本发明可通过下面的实施例来进一步描述。

实施例1

所需要的是在一个现有的工业规模的浓缩器中从圆柱槽的周边到中部的底流井获得底流的均匀排流。浓缩器的直径为27m，待移动到井的底流量为40m³/h。耙状件系统选择的运行速度为0.075rpm。附表1显示了排流板的高度首先从外径到辅助耙状件臂增加的情况，在辅助耙状件臂处由于它们的数量加倍而高度减小。在辅助耙状件臂末端的最小点之后，排流板的高度再次增加朝向中部。那些最靠近中部的最后一些排流板的高度彼此相同，从而外部的耙状件压力更加压实底流。

表1

从槽边缘到中部的排流板的数量		排流板的高度mm	板在相同圆周下的排流能力m3/h
				主耙状件臂	辅助耙状件臂
1，2		120	43.6
				2，3		125	43.6
3，4		130	43.8
				4，5		135	43.7
5，6		140	43.3
				6，7		148	43.8
7，8		156	44.1
				8，9		164	44.2
9，10		172	44.0
				10，11		180	43.7
11，12		190	43.7
				12，13		200	43.2
13，14，		210	42.6
				14，15		220	41.7
15，16	1，2	130	45.8
				16，17	2，3	145	47.2
17，18	3，4	160	47.8
				18，19	4，5	175	47.6
19，20	5，6	190	46.6
				20，21	6，7	205	44.8
21，22	7，8	220	42.2
				22，23	8，9	220	36.3
23，24	9，10	220	30.5
				24，25	10，11	220	24.5
25，26	11，12	220	18.7
				26，27	12，13	220	17.4

实施例2

净化测试显示在根据本发明的浓缩器中浆液均匀地分布。测试中使用的浆液是一种工业规模的浓缩器底流，它在中和含有铁(III)、铬(III)和镍(II)的水和精炼钢酸洗中生成的硫酸盐时获得。浆液中52％的固体是石膏，剩下的是金属的氢氧化物。测试用的浓缩器的直径为1100m，圆柱部分的有效深度为340mm。锥体的底部向中部倾斜9.5°的角。耙状件大体上与实施例1中描述的相同。浓缩器给料井的直径为172mm，有效深度为315mm。导流板和引导锥体与前文中描述的一致。给料井混合器为螺旋管型，即包括两个管子，它们在混合方向上绕轴上升一转，并与轴之间存在固定的距离。混合器的直径为110mm，深度为252mm。

之前在净化测试中净化的底流通过浓缩器给料井被抽回到流通中。水以与底流三比一的比例也注入到给料井中。在浓缩器中分离的水作为浓缩器溢流除去。底流和水的注入按比例增加，接着以相同比例下降，以确定浓缩器的分离能力和分离效率。开始时没有使用絮凝剂，以便浓缩器的性能特征在很大程度上依赖于开始混合时浆液从给料井流出的均匀程度。在测试中，混合器的转动速度为127rpm，耙状件的转动速度为0.4rpm。在测试的最终阶段，完全分离的水层发展如下：

表2

时间	注水	底流速度	水层
				min	l/h	l/h	Mm
00	142	45	119
				15	144	45	94
114	131	36	87
				170	131	35	75
195	101	35	82

根据上述结果，测试用的浓缩器的最大速度可确定为水约120l/h，底流约40l/h。考虑到净化属性和测试中没有使用絮凝剂的事实，输入流可上升到惊人的高。分离出的水层完全清晰，这也表示给料井中使用的混合器校平了浓缩器井。传统的浓缩器，也就是测试中使用的底流来自的源头，不能够获得相同的性能，这是因为分离的溢流仍然混浊。

实施例3

使用絮凝剂Fennopol A305来实施实施例2中的测试，A305剂量为0.5g/l-136mg/kg固体的溶液。当注入的为360l/h水和120l/h底流时，溢流层为确定的100mm并完全清晰。从而，给料井混合器能够均匀地混合水、底流和絮凝剂，并将它均匀地分布到浓缩器的浆液层中。

Claims (15)

1.一种用来净化和/或浓缩含有固体的溶液的方法，其中浆液通过给料井注入到沉降空间中来净化，在沉降空间中已沉淀的固体或底流通过位于沉降空间中部的排出口除去，而已净化的溶液或溢流作为溢流除去，在沉降空间中有一个绕其轴旋转的耙状件，它将来自空间边缘的底流移动朝向中部，在所述耙状件上的排流元件径向位于槽中，其特征在于底流的排流元件的排流能力确定为与从沉降空间边缘到中部区域的基本一致。

2.如权利要求1的方法，其特征在于底流排流通过使用排流板而发生，排流板附着到排流元件上，与排流元件和槽半径形成约30度的角。

3.如权利要求1的方法，其特征在于与轴距离相同的排流元件和排流板在从环形截面向中部旋转时移动底流。

4.如权利要求3的方法，其特征在于排流元件在同心的环形截面上的排流能力基本一致。

5.如权利要求3的方法，其特征在于排流元件在中部区域最靠内部的同心环形截面上的排流能力比在其它截面上的排流能力小。

6.如权利要求5的方法，其特征在于15-30％的内部截面的排流能力比外部环形截面的排流能力小。

7.一种用来净化和/或浓缩含有固体的溶液的设备，其中设备包括一个净化和/或净化的槽(1)，它装配了给料井(2)用于待净化的浆液，一些排出口(9)，用于沉降空间中部的已沉淀的固体或底流，一个排出槽(16)，用于已净化的溶液或溢流，一个绕其轴(11)旋转的耙状件(10)，将来自槽边缘的底流移动朝向中部，其中所述耙状件至少有两个臂(12)沿径向到达槽的边缘，其特征在于，为了保持从净化和/或浓缩槽(1)边缘到中部的底流排流能力不变，有许多排流板(13)附着到耙状件臂(12、17)上，它们的高度依赖于它们到耙状件轴(11)的距离和耙状件臂的数量。

8.如权利要求7的设备，其特征在于耙状件臂的排流板(13)的高度从槽(7)的边缘朝向耙状件轴直到中部区域(8)一直增加。

9.如权利要求7的设备，其特征在于耙状件装配有至少两个辅助臂(17)，它们的长度约为到达槽边缘的臂(12)的一半。

10.如权利要求9的设备，其特征在于耙状件臂的排流板(13)的高度从槽(7)的边缘朝向耙状件轴直到辅助臂(17)的末端一直增加。

11.如权利要求9的设备，其特征在于所有耙状件臂的排流板(13)的高度从辅助臂(17)的末端到中部区域(8)一直增加。

12.如权利要求7的设备，其特征在于中部区域(8)中的排流板(13)的高度是标准的，这些排流板为环形，它从耙状件轴(11)向外延伸，延伸的距离为长耙状件臂(12)长度的15-30％。

13.如权利要求7的设备，其特征在于排流板(13)以相对臂和槽半径纵向约30度的角附着到耙状件臂(12、17)上。

14.如权利要求7的设备，其特征在于排流板(13)以相对垂直轴5-25度的角向前倾斜。

15.如权利要求7的设备，其特征在于每一块与耙状件轴距离相同的排流板(13)的高度都相同。

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