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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von elementarem Phosphor
aus phosphortragenden Schlämmen
durch Aufschmelzen des Phosphors im Schlamm innerhalb eines Siebbehälters.
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Bei
der Verarbeitung von Phosphatgestein, um Phosphor zur Verwendung
bei der Herstellung von Düngern,
Detergentien und anderen Produkten zu erhalten, werden auch riesige
Mengen von nicht-verwendbarem Schlamm erzeugt. Da dieser Schlamm
elementaren Phosphor enthält,
muß er
in Teichen gelagert werden, um die spontane Entzündung des Phosphors an Luft
zu verhindern. Die Erhaltung der Teiche ist kostspielig, schafft
rechtliche und Umweltprobleme und ist ein Verlust von wertvollem
Phosphor.
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Der
Phosphor in den Teichen kann unter Verwendung mobiler Sammelbehälter zurückgewonnen werden – großen Rohren
mit offenem Boden. Die Sammelbehälter
werden in das Teichsediment heruntergedrückt, und Dampf wird innerhalb
des Sammelbehälters
in das Sediment eingesprüht,
wodurch der Phosphor schmilzt. Das Sediment wird aus dem Sammelbehälter herausgepumpt,
und der geschmolzene Phosphor wird von den restlichen Feststoffen durch
Schwerkraftabsetzung und Filtration abgetrennt.
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Gemäß dieser
Erfindung wird ein Verfahren der Abtrennung von elementarem Phosphor
aus einer Mischung mit anderen Feststoffen unter Verwendung einer
Trennvorrichtung bereitgestellt, welche umfaßt:
- (A)
einen Tank, der eine Flüssigkeit
enthält;
- (B) einen Behälter,
in der Form eines Zylinders, innerhalb besagten Tanks, der einen
Siebabschnitt aufweist, durch den besagte Flüssigkeit hindurchgehen und
geschmolzener Feststoff hindurchfließen kann, aber durch den nicht-geschmolzenes festes
Material nicht hindurchgehen kann, wobei der Zylinder wenigstens
teilweise in besagter Flüssigkeit
eingetaucht ist, wobei jeder Abschnitt des Zylinders, der nicht
in besagter Flüssigkeit eingetaucht
ist, sich in einer inerten Atmosphäre befindet; und
- (C) eine Heizvorrichtung zum Erhitzen besagter Flüssigkeit
oberhalb des Schmelzpunktes von Phosphor,
wobei das Verfahren
die Schritte umfaßt: - (D) Plazieren besagter Mischung in besagtem
Behälter
der Trennvorrichtung und
- (E) Erhitzen besagter Flüssigkeit
auf eine Temperatur oberhalb 44,1°C,
wodurch Phosphor schmilzt und durch besagtes Sieb aus besagtem Behälter herausfließt und nicht-geschmolzene Feststoffe
dies nicht tun,
wobei der Siebabschnitt Öffnungen
aufweist, die entlang der Länge
des Zylinders größer oder
kleiner werden, wobei eine Mehrzahl von Bunkern vorgesehen sind,
in einer Reihe entlang des Zylinders, unterhalb des letzteren, in
die hinein geschmolzener Phosphor, der durch die Öffnungen
im Siebabschnitt fließt, gesammelt
werden kann, wobei das Verfahren den Schritt des Drehens besagten
Zylinders um seine Achse umfaßt,
wobei die Achse des Zylinders in einem Winkel α zur Horizontalen von bis zu
5° steht, und/oder
eine Schnecke auf der Innenseite des Zylinders vorgesehen ist, um
nicht-geschmolzenes festes Material entlang besagten Zylinders bei
Drehung desselben zu fördern.
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Vorzugsweise
weisen die Öffnungen
in besagtem Sieb einen Durchmesser von etwa 0,2 bis etwa 0,6 cm
auf.
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Vorteilhafterweise
besitzt der Zylinder einen Durchmesser von etwa 0,6 bis etwa 2,4
m und eine Länge
von etwa 3,7 bis etwa 12 m.
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Vorzugsweise
wird der Zylinder um seine Achse mit weniger als etwa 10 UPM gedreht.
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Geeigneterweise
ist der Winkel α der
Achse des Zylinders einstellbar.
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Um
die Erfindung leichter verständlich
zu machen und damit weitere Merkmale derselben anerkannt werden
können,
wird die Erfindung nunmehr beispielhaft beschrieben werden.
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Eine
Trennvorrichtung gemäß dieser
Erfindung weist einen Tank auf, in dem ein horizontaler zylindrischer
Behälter
mit einem Siebabschnitt angeordnet ist. Der Tank ist bis zu einem
Pegel mit einer Flüssigkeit,
wie etwa Wasser gefüllt,
die mittels einer Heizvorrichtung erhitzt werden kann. Die Achse
des Behälters
steht in einem einstellbaren Winkel α zur Horizontalen. Der Behälter kann
mit Mitteln, wie etwa einem elektrischen, hydraulischen oder Luftmotor oder
einem Verbrennungsmotor, um seine Achse gedreht werden. Schlamm,
Sediment oder andere Mischungen von Feststoffen können in
das Innere des Behälters
in einen Einlaß eingebracht
werden. (Ein ringförmiger
massiver Ring über
demjenigen Ende des Behälters
verhindert, daß Material
herausspritzt). Geschmolzene Feststoffe fließen durch die Öffnungen
im Siebabschnitt des Behälters
und Sammeln sich in Bunkern, die unter Verwendung von Ventilen geöffnet werden
können.
Nicht-geschmolzene Feststoffe fallen allmählich den Behälter herunter
und werden mittels eines Entwässerungsschraubenförderers
entfernt.
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Diese
Erfindung kann verwendet werden, um zum Beispiel jegliche Mischungen
von elementarem Phosphor in Phosphorschlamm und Kohlenwasserstoffen
in petrochemischem Schlamm zu behandeln. Die Mischung kann elementaren
Phosphor und verschiedene hochschmelzende oder unschmelzbare Feststoffe
enthalten. Der Phosphor kann zum Beispiel in einer Mischung mit
Schmutz, Ofenschlacke, Gestein, Sand, Ton und Bruchstücken vorliegen. Wasser
liegt üblicherweise
ebenfalls vor, um den Phosphor vor spontaner Entzündung zu
bewahren. Eine typische Mischung aus der Herstellung von elementarem
Phosphor aus Phosphatgesteinen enthält etwa 1 bis etwa 40 Gew.-%
elementaren Phosphor.
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Der
Siebbehälter
kann jede Form aufweisen, die zur Aufnahme von nicht-geschmolzenen
Feststoffen geeignet ist, während
geschmolzenen Feststoffen ermöglicht
wird zu entweichen. Eine zylindrische Form ist bevorzugt, da ein
Zylinder selbstreinigend ist. Der Zylinder kann für bessere
Mischung und leichtere Reparatur aus vielen flachen Platten bestehen.
Die Achse des Zylinders steht vorzugsweise in einem Winkel α von zwischen
etwa 0 und etwa 5° zur Horizontalen,
so daß Feststoffe
den Zylinder herunterwandern können,
wenn er sich dreht. Alternativ kann der Zylinder mit Schrauben ausgestattet
sein, die Material entlang des Zylinders transportieren werden,
wenn er sich dreht. Der Zylinder kann jegliche Abmessungen aufweisen,
aber ein Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 0,6 bis etwa 2,4
m (etwa 2 bis etwa 8 Fuß)
und einer Länge
von etwa 3,7 bis etwa 12 m (etwa 10 bis etwa 40 Fuß) ist für viele
Materialien praktisch. Der Zylinder kann aus einer Vielzahl von
Materialien hergestellt sein, einschließlich Aluminium und verschiedenen
Kunststoffen; Stahl ist wegen seiner Festigkeit und Haltbarkeit
das bevorzugte Material.
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Wenigstens
ein Teil des Behälters
ist siebartig ausgebildet (wo der geschmolzene Feststoff herausfließen soll),
aber andere Teile können
nicht-siebartig gestaltet sein, um mechanische Stütze bereitzustellen
oder aus anderen Gründen.
Die Öffnungen im
Siebabschnitt sollten groß genug
sein, daß sie nicht
häufig
verstopfen, aber klein genug, um die Größe der festen Teilchen zu minimieren,
die hindurchgehen und von der stromabwärtigen Anlage gehandhabt werden
müssen.
Ein praktischer Bereich für
viele Arten von Materialien ist ein Durchmesser von etwa 0,2 bis
etwa 0,6 cm (etwa 0,06 bis etwa 0,25 Inches). Die Öffnungen
im Siebabschnitt können
entlang der Länge
des Zylinders größer oder
kleiner werden, so daß die
Verteilung des geschmolzenen Phosphors und inerter Feststoffe auf
verschiedene Bunker gesteuert wird.
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Der
Behälter
wird vorzugsweise gedreht oder in anderer Weise bewegt, um die Abtrennung der
geschmolzenen Feststoffe von den nicht-geschmolzenen Feststoffen
zu unterstützen.
Um Spritzen, Abnutzung und Vibration zu minimieren, wird der Behälter vorzugsweise
bei weniger als 10 UPM gedreht. Er kann auch vibriert werden, dies
ist aber im allgemeinen nicht erforderlich. Der Behälter ist
wenigstens teilweise eingetaucht in die Flüssigkeit im Tank; jeder Teil,
der nicht eingetaucht ist, befindet sich in einer inerten Atmosphäre, um die
spontane Entzündung
des Phosphors zu verhindern.
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Die
Mischung wird auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von
Phosphor, aber unterhalb des Schmelzpunktes aller Feststoffe oder
der Feststoffe, die nicht abgetrennt werden sollen, erhitzt. So
sollte die Mischung auf etwa 50°C
erhitzt werden, weil elementarer Phosphor bei etwa 44,1°C schmilzt.
Erhitzen wird am geeignetsten durchgeführt, indem der Siebbehälter in
ein Bad in einem heißen
Fluid platziert wird. Obgleich das Fluid ein inertes Gas sein kann,
wie etwa Kohlendioxid oder Stickstoff, ist es vorzugsweise eine
Flüssigkeit,
wie etwa Wasser oder ein organisches Lösemittel, z.B. Methanol oder
Toluol. Die Flüssigkeit
ist vorzugsweise Wasser, da es preiswert, ungiftig und leichter
mit zu arbeiten ist. Wenn eine schwere Flüssigkeit, wie etwa Salzlösung, verwendet
wird, wird der Phosphor aus dem Behälter ausschwemmen, statt zum
Boden zu sinken.
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Die
Mischung kann zum Siebbehälter
entweder in Chargen oder kontinuierlich zugegeben werden, aber kontinuierliche
Zugabe und Entfernung des schmelzbaren Feststoffes ist bevorzugt,
da die Verarbeitung leichter, effizienter und wirtschaftlicher ist.
Es ist auch möglich,
die Mischung in einem Schritt zu erhitzen, wobei der schmelzbare
Feststoff geschmolzen wird, dann die Mischung in den Siebbehälter zur Abtrennung
in einem getrennten Schritt einzubringen, aber dies ist nicht bevorzugt.
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In
der vorliegenden Erfindung bedeutet „umfaßt" „schließt ein oder
besteht aus" und „umfassend" bedeutet „einschließlich oder
bestehend aus".