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Technisches
Gebiet
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Diese
Erfindung betrifft Klärbecken
für mineralische
Schlämme
(manchmal als Schwerkraft-Klärbecken,
Druck-Klärbecken,
Klärer,
Separatoren, Verdicker, Tief-Verdicker und dergleichen bezeichnet), die
in industriellen Prozessen verwendet werden. Insbesondere betrifft
die Erfindung Klärbecken,
die zum Auswaschen oder Verdicken von Schlämmen aus Mineralien oder mineralischen
Resten verwendet werden, beispielsweise Rotschlamm, der während der
Extraktion von Aluminiumoxid aus Bauxit durch den Bayer-Alkalin-Aufschlussprozess
produziert wird.
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Stand der
Technik
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Viele
industrielle Prozesse verwenden Tanks oder Reservoirs, in denen
Schlämmen
aus mineralischen Materialien oder Aufbereitungsrückständen ermöglicht wird,
sich abzusetzen und zu verdichten, wobei diese Prozesse oft unter
Beihilfe von Flockungsmitteln oder anderen chemikalischen Hilfsstoffen
ablaufen, um eine untere, eingedickte Schlammschicht und eine obere,
geklärte
oder flüssige
Schicht zu erzeugen. Der Eindickungsprozess kann aus verschiedenen
Gründen
erforderlich sein, wird jedoch oft dazu verwendet, einen dicken Schlamm
oder einen plastischen Feststoff zu erzeugen, der leichter und ökonomischer
als dünner Schlamm
abgelagert oder transportiert werden kann. Die geklärte Flüssigkeit
kann dann zum gleichen industriellen Prozess rezirkuliert werden
oder direkt verkauft werden.
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Ein
Beispiel eines Klärbeckens
dieser Art ist im US-Patent 4,830,507 offenbart, welches am 16. Mai
1989 dem gleichen Anmelder wie die vorliegende Anmeldung erteilt
wurde. Die Vorrichtung besteht aus einem großen, nach oben hin offenen
Tank, der einen Auslass für
den eingedickten Schlamm am Zentrum der Bodenwand sowie einen Auslass
für die
geklärte Flüssigkeit
in einer Seitenwand des Tanks nahe der offenen Oberseite aufweist.
Zu klärender
Schlamm wird in den Tank über
ein Zufluss-Bohrloch, das am Zentrum des Tanks nahe der Oberseite
positioniert ist, eingeführt.
Das Zufluss-Bohrloch ist ein aufrecht stehender Zylinder, der aus
einer zylindrischen Seitenwand mit einem offenen oberen Ende und
einem unteren Ende, das vollständig
offen oder nur teilweise von einem ringförmigen nach innen gerichteten Vorsprung
oder einem Rand vom unteren Ende der Seitenwand verschlossen ist,
besteht. Wenn der nach innen gerichtete Vorsprung überhaupt
vorliegt, endet er kurz vor dem Zentrum des Zufluss-Bohrlochs und
lässt eine
kreisförmige Öffnung an
dessen Zentrum offen. Das Zufluss-Bohrloch ist teilweise unter die
obere Oberfläche
des Schlamms im Tank eingetaucht und frischer Schlamm wird unterhalb
der Schlamm-Oberfläche
tangential zur zylindrischen Innenwand in das Innere des Zufluss-Bohrlochs
zugeführt
und erzeugt einen kreisförmigen
Strom aus Schlamm innerhalb des Zufluss-Bohrlochs. Ein Flockungsmittel
oder eine andere Chemikalie können zur
Mischung mit dem Schlamm zum Zufluss-Bohrloch hinzugefügt werden, so dass sich Flocken
bilden können
und die ausgeflockte Schlammmischung sinkt dann durch die zentrale Öffnung am
Boden des Zufluss-Bohrlochs in den Körper des Tanks, in dem das
Absetzen eintritt, ab.
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Der
Absetz-Prozess wird von einem aufrecht stehenden sich drehenden
Rührer
in der Form eines Rechens oder dergleichen, der zentral im Tank
angeordnet ist, unterstützt.
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Ein
anderes Beispiel ist in der GB-A-749 736 offenbart, die am 30. Mai
1956 veröffentlicht
wurde. Diese Druckschrift offenbart eine Verdickungs-Vorrichtung,
die Rechenarme aufweist, die mit Rechenklingen versehen sind. Die
Rechenarme sind oberhalb des Niveaus der Schlamm-Ansammlung, jedoch innerhalb
der Flüssigkeits-Säule angeordnet.
Starre Verbindungselemente zwischen den Klingen und den Armen beeinflussen
den Sedimentationsprozess nicht.
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Klärbecken
dieser Art arbeiten bei Schlämmen
aus relativ feinen, verteilten Partikeln, deren Durchmesser sich über den
Schlamm hinweg nicht stark unterscheidet, gut. Beispielsweise weist
der Rotschlamm aus dem Bayer-Prozess üblicherweise eine Partikelgröße im Bereich
von bis zu 10 μm
auf. Es wurde jedoch herausgefunden, dass wenn Schlämme zusätzlich zu
feinen Partikeln grobe Partikel enthalten, Probleme auftreten können. Beispielsweise
können
einige Schlämme
zusätzlich
zu den Schlammpartikeln Sand oder andere grobe Partikel enthalten.
Sandpartikel können
Durchmesser von mehr als 75 μm
und oft mehr als 100 oder gar 400 μm aufweisen (tatsächlich können Sandpartikel
sogar im Bereich von 1000 bis 2000 μm liegen). Wenn derartige Schlämme in konventionellen
Vorrichtungen der oben genannten Art geklärt werden, können sich
Ablagerungen von Feststoffen, die aus abgesetzten Materialien der
Größenfraktion
und insbesondere grobe Partikel sich im Klärbeckentank insbesondere um den
unteren zentralen Auslass des Rührers
ablagern. Derartige Ablagerungen können letztendlich Blockaden
bewirken und/oder ein Stoppen oder gar eine Beschädigung des
Rührers
aufgrund der Aufbringung eines übergroßen Drehmoments
bewirken, und dies erfordert ein frühzeitiges Abschalten der Vorrichtung
zur Reinigung oder Reparatur. Offensichtlich bewirkt dieses eine
Unterbrechung des industriellen Prozesses sowie Verzögerungen.
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Es
besteht daher eine Notwendigkeit für eine Verbesserung von zur
Klärung
von Schlämmen
verwendeten Klärbecken
und insbesondere von Klärbecken,
die für
Schlämme
verwendet werden, die einen großen
Anteil grober Partikel enthalten.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es zumindest in einer bevorzugten
Form, die Gestaltung des Schwerkraft-Klärbeckens zu verbessern und
insbesondere die Fähigkeit,
Schlämme,
die grobe Partikel enthalten, aufzunehmen.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist es zumindest in einer bevorzugten
Form, ein Verfahren zur Umfüllung
von mineralhaltigen Schlämmen,
die sowohl feine als auch grobe Partikel enthalten, zur Verfügung zu
stellen, wobei Probleme, die durch ungewünschte Ablagerungen von Feststoffen
bewirkt werden, minimiert werden.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist es zumindest in dessen bevorzugter
Form, einen Weg der Verzögerung
oder Eliminierung der Bildung schädlicher Feststoff-Ablagerungen
in Klärbecken,
die zur Klärung
mineralischer Schlämme
verwendet werden, zur Verfügung
zu stellen.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Klärbecken
zur Klärung
mineralischer Schlämme
zur Verfügung
gestellt, das einen Tank (11) zum Speichern und Auswaschen
einer Masse (15 & 16)
von Schlamm, um einen eingedickten Schlamm als untere Schicht (15)
sowie eine geklärte
Flüssigkeit
als obere Schicht (16) auszubilden, umfasst, wobei der Tank
eine Seitenwand (34), eine untere Wand (36) in der
Form eines umgedrehten Konus, der sich an der Seitenwand aus nach
unten erstreckt, einen oberen Teil (14), eine zentrale
vertikale Achse, einen Auslass (18) für den eingedickten Schlamm
in der Bodenwand des Tanks ausgerichtet mit der zentralen vertikalen
Achse des Tanks, einen Auslass (19) für die geklärte flüssige Schicht nahe dem oberen
Teil des Tanks, ein Schlamm-Einlasselement
(12) nahe dem oberen Teil des Tanks zum Einführen von
frischem Schlamm in den Tank, wobei das Schlamm-Einlasselement eine
Schlammöffnung
(12C) aufweist, durch die sich frischer Schlamm mit dem
Körper
des Schlamms im Tank verbindet und die so aufgebaut ist, dass sie
die Ansammlung von Feststoffen aus dem frischen Schlamm direkt stromaufwärts der Schlammöffnung verhindert,
sowie einen Rührer (20),
der eine generell vertikale Achse (30) ausgerichtet mit
dem Auslass (18) aufweist, um den der Rührer sich dreht oder hin- und
herbewegt sowie eine Vielzahl von radial hervorstehenden Armen (26),
die so positioniert sind, dass sie sich innerhalb der unteren Schicht
aus eingedicktem Schlamm drehen oder hin- und herbewegen und durch
diesen hindurchschneiden, um ein gerührtes Volumen eingedickten Schlamms
zu definieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlammöffnung ein
Zentrum aufweist, das unter einem Abstand von der generell vertikalen
Achse (30) des Rührers
so positioniert ist, dass das Zentrum seitlich um ein Maß von zumindest
5% der Distanz zwischen der zentralen vertikalen Achse des Tanks
und der Seitenwand (34) des Tanks versetzt ist, und der
umgedrehte Konus einen Winkel im Bereich von 30 bis 60° aufweist.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Klären mineralischer
Schlämme,
die grobe Partikel enthalten zur Verfügung gestellt, welches umfasst:
das Einführen
frischen Schlamms, der grobe Partikel enthält, in einen Körper (15 & 16)
aus Schlamm in einem Tank (11), der eine Seitenwand (34),
eine zentrale vertikale Achse sowie eine Bodenwand (36)
in der Form eines umgekehrten Konus, der sich nach unten von der
Seitenwand aus erstreckt, aufweist, wobei der Schlammtank mit einem
Auslass (18) in der Bodenwand (36) des Tanks und
einem Rührer
(20), der sich um eine generell vertikale Achse (30),
die mit dem Auslass (18) ausgerichtet ist, dreht oder hin-
und herbewegt, um einen eingedickten Schlamm als untere Schicht
(15) und eine geklärte
Flüssigkeit
als obere Schicht (16) auszubilden, umfasst, wobei der
Rührer
eine Vielzahl von radial hervorstehenden Armen (26) aufweist,
die so positioniert sind, dass sie sich innerhalb der unteren Schicht
aus eingedicktem Schlamm drehen oder hin- und herbewegen, um ein
gerührtes
Volumen eingedickten Schlamms zu definieren, wobei der frische Schlamm
an einem Schlamm-Einlasselement (12) durch eine Öffnung (12C),
die ein Zentrum aufweist, eingeführt
wird, während
eine Ansammlung von Feststoffen aus dem frischen Schlamm direkt
stromaufwärts
der Öffnung
vermieden wird; das Entfernen eingedickten Schlamms von dem Auslass
(18); und die Entfernung geklärter Flüssigkeit nahe eines oberen
Teils (14) des Tanks; dadurch gekennzeichnet, dass der
umgedrehte Konus mit einem Winkel im Bereich von 30 bis 60° versehen
ist und der frische Schlamm in den Tank (11) durch die Öffnung (12C), die
so positioniert ist, dass das Zentrum seitlich von der vertikalen
Achse (30) des Rührers
in einem Maß von
zumindest 5% der Distanz zwischen der zentralen vertikalen Achse
des Tanks und der Seitenwand (34) des Tanks beabstandet
ist, eingeführt
wird.
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In
dem oben erwähnten
Verfahren kann die Ansammlung von Feststoffen aus frischem Schlamm direkt
stromaufwärts
der Öffnung
im Schlamm-Einlasselement durch Aufrechterhalten einer geeignet hohen
Rate des Stroms von frischem Schlamm durch das gesamte Schlamm-Einlasselement
und die Schlammöffnung
zur Vermeidung der Absetzung von Feststoffen unterbunden werden.
In der Vorrichtung kann das dadurch erreicht werden, dass sichergestellt
wird, dass die Schlammöffnung
die gleiche Größe (Bereich)
wie der Querschnitt des Schlamm-Einlasselements direkt stromaufwärts in der
Schlammöffnung
oder zumindest nicht signifikant kleiner ist.
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Unter
dem Begriff „seitlich
versetzt" verstehen
wir, dass die vertikale Achse des Rührers (oder eine nach oben
gerichtete Verlängerung
hiervon) nicht durch die Schlammöffnung
hindurchtritt, da die Öffnung
horizontal seitlich in Bezug auf die Achse versetzt ist. Die Schlammöffnung öffnet sich
normalerweise im Wesentlichen nach unten und steht so dem Boden
des Tanks gegenüber.
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Die
vertikale Achse des Rührers
ist vorzugsweise konzentrisch mit dem Auslass für den eingedickten Schlamm
ausgerichtet, wobei sowohl die Achse als auch der Auslass im Zentrum
des Tanks liegen. Die Schlammöffnung
weist dann vorzugsweise ein Zentrum auf, das unter einem Abstand
vom Zentrum des Tanks um zumindest 5% und ganz besonders bevorzugt
zumindest 10% dem Abstand versetzt zwischen dem Zentrum und der
Seitenwand des Tanks positioniert ist. Tatsächlich kann die Schlammöffnung 50%
oder mehr der Distanz zwischen dem Zentrum und des Tanks und der
Seitenwand positioniert sein und tatsächlich kann sie direkt nahe
der Seitenwand des Tanks positioniert sein.
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Der
Rührer
ist vorzugsweise in der Form eines Rechens, der eine drehbare oder
hin- und herbewegbare zentrale vertikale Stange aufweist, die mit der
vertikalen Achse ausgerichtet ist. Die zentrale vertikale Stange
besitzt vorzugsweise eine Reihe radial hervorstehender Armen oder
Zinken zum Schneiden durch die Schicht aus eingedicktem Schlamm,
um bei der Entwässerung
des Schlamms zu helfen. Die Arme erzeugen bei ihrer Drehung ein gerührtes Volumen
des zu behandelnden Materials und die Öffnung des Schlamm-Einlasselements
kann sowohl vollständig
oberhalb des gerührten
Volumens oder teilweise (oder sogar vollständig) sich seitlich über das
gerührte
Volumen hinaus erstrecken.
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Das
Schlamm-Einlasselement ist vorzugsweise in der Form eines vertikal
ausgerichteten Zufuhrschachts, der mit einer Schlammöffnung am
Boden des Zufuhrschachts versehen ist, der einen Schlammstrom in
den Körper
aus Schlamm in dem Tank erzeugt, ausgestattet. Der Zufuhrschacht
weist einen Querschnittsbereich transversal zum Schlammstrom direkt
stromaufwärts
der Schlammöffnung
auf und idealerweise weist die Schlammöffnung einen Querschnittsbereich
auf, der zumindest 80% der Größe des Querschnittsbereichs
des Zufuhrschachts direkt stromaufwärts der Schlammöffnung entspricht.
Dies unterbindet oder verhindert eine wesentliche Ansammlung von
Feststoffen aus dem frischen Schlamm in dem Zufuhrschacht direkt stromaufwärts der
Schlammöffnung,
da der frische Schlamm nicht übermäßig innerhalb
des Zufuhrschachts ruht. Andere Formen von Schlamm-Einlasselementen
können
verwendet werden, inklusive eines einfachen Einlassrohrs, das in
einem Zufuhrloch zur Einführung
frischen Schlamms in den Tank endet. Generell weist das Schlamm-Einlasselement
vorzugsweise eine solche Gestalt auf, dass eine generell zylindrische
Säule oder „Fahne" aus frischem ausgeflocktem
Schlamm in den Schlammkörper
in dem Tank eingeführt
wird.
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Das
Klärbecken
gemäß der Erfindung
kann mit mehr als einem Schlamm-Einlasselement versehen sein, von
denen alle Schlammöffnungen
aufweisen, die seitlich in Bezug auf die vertikale Achse des Rührers versetzt
sind.
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Der
Tank des Klärbeckens
weist vorzugsweise eine Bodenwand auf und der Auslass für den eingedickten
Schlamm ist vorzugsweise in der Bodenwand des Tanks positioniert.
Die Bodenwand kann in der Form eines umgedrehten Konus vorliegen,
der sich von der Seitenwand des Auslasses für den eingedickten Schlamm
nach unten hin erstreckt. Der Konus weist idealerweise einen Winkel
im Bereich von 5 bis 60° auf.
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Die
vertikale Welle des Rührers
ist vorzugsweise vertikal mit dem Auslass für den eingedickten Schlamm
ausgerichtet, wobei in diesem Fall die Schlammöffnung ebenso notwendigerweise
in Bezug auf den Auslass für
den eingedickten Schlamm seitlich versetzt angeordnet ist.
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Die
vorliegende Erfindung kann auch Schwerkraft-Klärbecken sowie auf Druck-Schwerkraft-Klärbecken-Kessel
so wie den im US-Patent Nr. 5,407,561 offenbarten angewendet werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine vertikaler Querschnitt eines Schwerkraft-Klärbeckens,
der ein bevorzugtes Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Draufsicht auf ein Schwerkraft-Klärbecken ähnlich dem aus 1,
jedoch mit einer Vielzahl von zum Zentrum versetzten Zufuhrschächten für den Schlamm
ausgestattet; und
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3 ist
ein Graph der Entwicklung von Unterstrom-Feststoffen über die Zeit, der die Ergebnisse darstellt,
die in dem nachfolgenden Vergleichsbeispiel und den Beispielen erhalten
wurden.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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Ein
vertikaler Querschnitt eines Schwerkraft-Klärbeckens 10 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 1 der beiliegenden
Zeichnungen gezeigt. Die Beschreibung dieser Ausführungsform
bezieht sich auf die Behandlung von beispielsweise Rotschlamm, jedoch kann
eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ebenso mit anderen mineralischen Schlämmen inklusive denjenigen verwendet
werden, die keine groben Partikel enthalten.
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Rotschlamm,
Waschflüssigkeit
und Flockungsmittel werden durch einen Zufuhrschacht 12, der
als Schlamm-Einlasselement für
das Klärbecken dient,
in einen Tank 11 eingeführt,
der als Schwerkraft-Klärbecken
agiert. Der Schlamm sammelt sich innerhalb des Tanks an einer oberen
Oberfläche 13 nahe
dem oberen Teil 14 des Tanks an. Die Schlammflocken setzen
sich ab, um eine untere Schicht aus eingedicktem Schlamm 15 sowie
eine obere Schicht aus geklärter
Flüssigkeit 16 auszubilden,
die durch eine Schlamm/Flüssigkeits-Grenzfläche 17 voneinander
getrennt sind. Der eingedickte Schlamm wird aus einem unteren oder
Unterstrom-Auslass 18 gezogen und die geklärte Flüssigkeit
strömt
bei einem oberen Auslass 19 darüber. Ein zentraler Rührer in
der Form eines sich drehenden Rechens 20, der von einem
Motor 21 angetrieben wird, ist im Tank vorgesehen. Der
Rechen besteht aus einer aufrecht stehenden zentralen vertikalen Welle 22,
die eine Anzahl von nach oben hin abgewinkelten, sich radial erstreckenden
Armen 26 aufweist, die Zinken ausbilden, welche starr an
der zentralen Welle angeordnet sind. Wenn sich der Rechen 20 um
eine zentrale vertikale Achse 30 dreht, bildet der Rechen 20 Kanäle in den
ausgeflockten Feststoffen (aktiver Schlamm) aus, die den Austritt
von Wasser an die Oberfläche
erlauben und somit die Verdichtung des Schlamms erleichtern.
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Der
Zufuhrschacht 12, der teilweise in den Schlamm in den Tank 11 eingetaucht
ist, weist eine aufrecht stehende zylindrische Wand 12A auf,
einen nach innen gerichteten Bodenrand 12B, der ein zentrales
Loch 12C definiert, sowie einen offenen oberen Teil 12D.
Ein Einlasselement-Rohr 31 führt frischen Schlamm in den
Zufuhrschacht als tangentialer Strom, der bewirkt, dass der Schlamm
sich um das Innere des Zufuhrschachts verwirbelt und anschließend aus
dem zentralen Loch 12C austritt, ein. Dies minimiert Ströme im Tank
und erlaubt die Vermischung von Schlamm und Flockungsmitteln und
dergleichen im Zufuhrschacht, bevor der Schlamm in den Tank eintritt.
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Konventionellerweise
sind Zufuhrschächte dieser
Art von Vorrichtung exakt am Zentrum des Tanks unmittelbar oberhalb
des Rührers
(oder üblicherweise
diesen umgebend) und direkt oberhalb des Aulasses 18 für eingedickten
Schlamm, wie dies beispielsweise in unserem früheren US-Patent mit der Nr.
4,830,507 gezeigt ist, positioniert. Die Erfinder der vorliegenden
Erfindung haben nunmehr herausgefunden, dass es unerwartet vorteilhaft
ist, den Zufuhrschacht 12 versetzt in Bezug auf den Rührer zu positionieren,
d.h. in der dargestellten Ausführungsform
bei einer Position irgendwo zwischen der zentralen vertikalen Achse 30 des
Rührers 20 und
der Seitenwand 34 des Tanks 11. Der Zufuhrschacht
ist somit seitlich in Bezug auf die zentrale vertikale Achse 30 und
die Rechenwelle 22 versetzt (d.h. er ist nicht in der direkten
Nähe der
zentralen Rechenwelle positioniert). Der hierdurch erzielte Vorteil
ist der, dass insbesondere dann, wenn das Gerät für das Auswaschen von Rotschlamm
mit einem hohen Gehalt an Sand oder anderen groben Partikeln verwendet
wird, diese Anordnung die Tendenz der groben Partikel reduziert,
sich um den Boden des Rührers 20 im
Bereich des Unterstrom-Auslasses 18 anzusammeln.
Es können
ebenso Vorteile mit dieser Anordnung vorliegen, auch wenn der Schlamm
keine groben Partikel enthält.
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Selbstverständlich ist
die wichtige Überlegung
nicht so sehr die, dass der Zufuhrschacht 12 oder andere
Schlamm-Einlasselemente
versetzt zum Zentrum des Tanks positioniert sein können, sondern dass
sie seitlich zur zentralen vertikalen Achse 30 des Rechens
positioniert sind. Die Welle 22 des Rechens, die mit der
zentralen vertikalen Achse 30 zusammenfällt, ist normalerweise im Tank
zentriert, muss jedoch nicht in dieser Position stehen. Darüber hinaus
kann der Rechen, da er normalerweise konzentrisch mit dem Unterstrom-Auslass
angeordnet ist, wie dies gezeigt ist, an einer Seite des Auslasses positioniert
sein, wobei in diesem Fall der Zufuhrschacht vorzugsweise seitlich
sowohl zum Unterstrom-Auslass 18 als auch zur zentralen
vertikalen Achse 30 des Rechens versetzt ist.
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Der
Grund für
den unerwarteten Vorteil ist nicht genau bekannt. Es wird jedoch
ohne den Wunsch auf eine bestimmte Theorie beschränkt zu werden
spekuliert, dass die groben Partikel, die aus dem zentralen Loch 12C des
Zufuhrschachts 12 austreten, hauptsächlich vertikal und recht schnell
absinken können.
Infolgedessen werden die absinkenden Partikel von den Armen 26 des
Rührers
bei einer Distanz vom Zentrum des Rührers berührt, da das zentrale Loch 12C des
Zufuhrschachts seitlich in Bezug auf den Unterstrom-Auslass 18 und
die zentrale vertikale Welle des Rührers positioniert ist. Am
Zentrum des Rührers
direkt um die Welle 22 herum gibt es eine sehr kleine Beeinflussung
des Schlamms, da die Arme 26 sich recht langsam bewegen
(im Sinne der tatsächlich
pro Zeiteinheit verfahrenen Distanz) und daher ist die Kraft klein.
Unter einer größeren Distanz vom
Zentrum des Rührers
bewegen sich die Sektionen der Arme 26 schneller und die
Kraft, die derartige Arme auf den umgebenden Schlamm aufbringen kann,
ist größer. Daher
ist die Wahrscheinlichkeit, dass grobe Partikel im Schlamm nahe
der Arme an diesen Orten aufgeschwemmt, voneinander getrennt und
mit dem umgebenden eingedickten Körper feiner Schlammpartikel
vermischt werden, größer, so
dass sie tatsächlich
durch den Unterstrom-Auslass 18 mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit
zur Agglomeration und zur Zementierung in einer festen Masse weggeschwemmt
werden.
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Generell
sollten der Zufuhrschacht 12 oder andere Schlamm-Einlasselemente vorzugsweise
so positioniert sein, dass die Schlammöffnung 12C des Zufuhrschachts
seitlich von der vertikalen Achse 30 des Rührers in
einem Maße
versetzt ist, dass kein Überlappungsbereich
der Öffnung 12C und
der vertikalen Welle 22 des Rechens vorliegt. Vorzugsweise ist
dann, wenn der Rührer
zentral platziert ist, das Zentrum der Schlammöffnung 12C seitlich
von der zentralen Tankachse über
eine Distanz von zumindest 5% und besonders bevorzugt zumindest
10% der Länge
des Radius des Tanks (die Distanz zwischen der zentralen Tankachse
und der Tankwand 34) versetzt.
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Die
Bodenwand 36 des Tanks ist vorzugsweise in der Form eines
umgedrehten Konus, der zu einem Unterstrom-Auslass 18 führt, wie
dies gezeigt ist. Der Winkel des Konus (die Neigung der Bodenwand
in Bezug auf die Horizontale) liegt vorzugsweise im Bereich von
5 bis 60°.
Die Bodenwand kann jedoch sofern dies gewünscht ist, vollständig flach
sein. Darüber
hinaus kann der Unterstrom-Auslass, während er als Loch in der Bodenwand 36 gezeigt
ist, alternativ eine nach oben gerichtete Öffnung in einem Rohr sein,
das sich in den Tank von der Bodenwand oder einer Seitenwand erstreckt.
In Klärbecken
dieser Art neigt der verdichtete Schlamm dazu, einen inaktiven Körper um
das aktiv gerechte Volumen des Schlamms auszubilden und neigt somit
dazu, eine innere Hülse
auszubilden, die eine Form definiert, die zum Unterstrom-Auslass
führt und
mit dem Volumen, das vom Rechen berührt wird, korrespondiert. Die
effektive Form des Inneren des Tanks 11 wird daher durch
die Form und die Ausmaße
des Rechens eher als durch die Form und die Dimensionen des Tanks selbst
definiert. Virtuell kann daher jede Form oder jeder Aufbau des Tankinneren
verwendet werden.
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Während die
dargestellte Ausführungsform einen
Zufuhrschacht 12 als Schlamm-Einlasselement aufweist, ist
dies nicht wesentlich. Der Schlamm kann direkt in den Schlammkörper in
dem Tank durch ein Rohr mit offenem Ende oder dergleichen eingeführt werden.
Wenn ein Flockungsmittel verwendet wird, kann es stromaufwärts des
offenen Endes derart in das Rohr eingeführt werden, dass die Vermischung
einsetzt, bevor der Schlamm in das Klärbecken eintritt. Welche Anordnung
auch immer für
das Schlamm-Einlasselement verwendet wird, sollte jedoch ganz besonders
bevorzugt keine Möglichkeit
innerhalb der Nachbarschaft des Schlamm-Einlasselements zum Absetzen
und zur Ansammlung von Feststoffen aus dem frischen Schlamm zur
Verfügung
gestellt werden. Es sollte daher ganz besonders bevorzugt keinen
Halte- oder Mischtank oder Verteiler oder keine Rohrverzweigung
oder kein Wehr einer Art vorliegen, die den Feststoffen im Schlamm
ermöglichen,
sich an einer Oberfläche
abzusetzen, bevor der Schlamm in den Körper des Tanks eintritt und
es sollten keine Oberflächen
vorliegen, an denen sich die Partikel ansammeln können. Wie
bereits erwähnt
und schon dargestellt, kann ein Zufuhrschacht 12 ein unteres Ende aufweisen,
das entweder vollständig
offen ist oder das einen nach innen hervorstehenden Rand 12B aufweist.
Der Zufuhrschacht kann bewirken, dass sich der Schlammstrom vom
Rohr 31 verlangsamt, jedoch ist der Rand (wenn er überhaupt
vorliegt) zu schmal, um die Ansammlung von Feststoffen in einem
unerwünschten
Ausmaß zu
ermöglichen.
Ganz besonders bevorzugt sollte der offene Bereich der Schlammöffnung des
Zufuhrschachts eine Größe von 75
bis 100 und ganz besonders bevorzugt zumindest 80% des Gesamtbereichs,
der durch die Seitenwand des Zufuhrschachts direkt neben und stromaufwärts der
zentralen Öffnung 12C definiert
ist, betragen. Dieses bevorzugte Verhältnis des offenen Bereichs
zu einem maximal möglichen
Zuführbereich an
einem Schlamm-Auslass bezieht sich auf jede Art von Einlasselement-Vorrichtung,
die zur Einführung des
Schlamms in den Klärbeckentank
verwendet wird, um die Ansammlung grober Partikel zu verhindern.
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Während es
vorteilhaft ist, das Schlamm-Einlasselement vertikal oberhalb eines Teils
des Volumens innerhalb des Klärbeckens,
das durch die Arme 26 des Rechens bewegt wird, wenn sich
der Rechen dreht oder hin- und herbewegt (anders als oben die zentrale
vertikale Welle 22) zu positionieren, so dass die absinkenden
groben Partikel vom Rechen beeinflusst werden können und mit dem eingedickten
Schlamm vermischt werden können, wurde
in unerwarteter Weise herausgefunden, dass eine besonders vorteilhafte
Form der Erfindung dadurch erreicht werden kann, wenn das Schlamm-Einlasselement nahe
der inneren Wand des Klärbeckentanks
positioniert ist. In diesem Zusammenhang wird herausgestellt, dass
die Arme des Rührers
nicht in sämtlichen
Fällen
sich vollständig
bis zu den inneren Wänden
des Klärbeckentanks
erstrecken müssen. Eine
solche Anordnung erzeugt eine Absenksäule von ausflockenden Feststoffen
nahe der inneren Wand des Tanks 11.
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Durch
Platzieren des Zufuhrschachts weg vom Zentrum des Tanks entsteht
die Möglichkeit, mehr
als einen Zufuhrschacht für eine
gleichmäßigere und
schnellere Verteilung des Schlamms in den Tank zur Verfügung zu
stellen. Ein jeder derartiger Zufuhrschacht sollte vorzugsweise
unter einem seitlichen Abstand vom Zentrum des Rührers (und dem Zentrum des
Tanks) positioniert sein und kann an der Seitenwand des Tanks positioniert
sein. Zwei, drei, vier oder mehr derartiger Zufuhrschächte können somit
in einer symmetrischen Anordnung um die zentrale Linie des Tanks
bereitgestellt werden.
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2 der
beiliegenden Zeichnungen ist eine Draufsicht einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
eines Klärbeckens
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die die Verwendung von vier Zufuhrschächten 12', 12'', 12''' und 12'''' für die Einführung von Schlamm
in den Tank zeigt. Zwei der Zufuhrschächte 12'' und 12'''' sind zwischen
der zentralen Achse 30 des Rührers und der Tankwand 34 positioniert
und die anderen zwei 12' und 12''' sind
direkt neben der inneren Wand des Tanks (tatsächlich die innere Tankwand 34 berührend) positioniert.
Die Arme 26 des Rührers
schwemmen ein durch den gepunkteten Kreis 38 begrenztes
Volumen auf. Es wird ersichtlich werden, dass die Zufuhrschächte 12'' und 12'''' genau innerhalb der Grenze des
Kreises 38 positioniert sind, wohingegen die Zufuhrschächte 12' und 12''' teilweise
außerhalb
des Kreises 38 positioniert sind. Es wurde herausgefunden,
dass die Erfindung für
Zufuhrschächte
in beiden derartigen Positionen effektiv ist und dass tatsächlich Zufuhrschächte, die
an der Tankwand platziert sind, effektiver bei der Verhinderung
der Anhäufung
grober Partikel sind, auch wenn sie nicht innerhalb des durch den
Rechen gerührten Bereich
sind.
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Während die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
mit Schlämmen
verwendet werden kann, die keine groben Partikel enthalten, mag
es ein Vorteil sein, das Merkmal dieser Erfindung auch bei der Handhabung
von Schlamm zu haben, der nahezu keine groben Partikel enthält. Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist insbesondere für
Schlämme
vorgesehen, die grobe Partikel mit generell zwei Größenverteilungen
enthalten, d.h. feine Partikel und grobe Partikel. Wie vorab bereits
erwähnt,
weisen die feinen Partikel generell Durchmesser im Bereich von 0 bis
10 μm auf
und die groben Partikel haben generell Durchmesser im Größenbereich
größer als
75 μm (und üblicherweise
größer als
100 μm oder
400 μm oder
gar 1000 bis 2000 μm).
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sie mit Schlämmen verwendet
wird, bei denen die grobe Fraktion zumindest 10 Gew.-% der gesamten Schlamm-Feststoffe
und besonders bevorzugt 10 bis 50 Gew.-% ausbildet. Auf der anderen
Seite können die
konventionellen Klärbecken-Designs
oft nur dann zufriedenstellend betrieben werden, wenn der Prozentsatz
grober Partikel weniger als 5 Gew.-% beträgt.
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Wie
oben erwähnt,
ist Rotschlamm aus dem Bayer-Prozess ein Material, auf das die vorliegende Erfindung
geeignet angewendet werden kann; dies ist jedoch nicht das einzig
geeignete Material. Jeder mineralische Schlamm, der grobe und feine
Partikel (oder nur feine Partikel) enthält, kann in der Erfindung verwendet
werden. Die Vorrichtung kann sogar beim Klären von Schlämmen oder
Sanden verwendet werden, die bei der Ölextraktion aus Teersanden
produziert werden.
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Die
Erfindung ist insbesondere für
Schwerkraft-Klärbecken
geeignet, die einen zentralen Rechen des oben beschriebenen Typs
aufweisen. Die Anordnung gemäß der Erfindung
hält grobe
Partikel weg vom zentralen Unterstrom-Auslass.
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Die
Erfindung kann ebenso mit Schwerkraft-Klärbecken verwendet werden, die
nicht rund sind. In derartigen Fällen
mag kein Zentrum des Tanks vorliegen, d.h. ein Punkt, der gleich
beabstandet von den Seitenwänden
ist. In derartigen Fällen sollte
das Einlasselement für
den Schlamm in horizontaler Richtung von der vertikalen Antriebswelle des
Rechens beabstandet sein und kein Bereich sollte vom Rechenarm überstrichen
werden. Darüber
hinaus sollte dann, wenn ein solches Schwerkraft-Klärbecken
einen Rechen aufweist, der um eine zentrale Achse rotiert und ein
Umfang eines Bereichs, der von den Armen, die von dem Rührer abstehen, überstrichen
wird, das Schlamm-Einlasselement zwischen der zentralen Achse des
Rechens und dem Umfang des überstrichenen
Bereichs platziert sein.
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Die
Erfindung wird detaillierter unter Bezugnahme auf die folgenden
Beispiele dargestellt, die nur zum Zwecke der Illustration zur Verfügung gestellt
werden.
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Beispiele
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Vergleichsbeispiel 1
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Rotschlamm
wurde vom Aufschluss einer Mischung aus Bauxit (60% brasilianisch,
20% afrikanisch, 20% australisch) unter Verwendung eines konventionellen
Bayer-Prozesses erhalten. Die getestete Schlammprobe wurde aus einer
der letzten Stufen des Schlamm-Waschkreislaufs herausgezogen. Die Temperatur
des Schlamms betrug 30°C.
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Das
in diesem Beispiel verwendete Klärbecken
wies das in 1 gezeigte Design auf, außer dass
der Tank mit einer zentralen Zufuhrschacht-Anordnung versehen war.
Der Klärbeckentank
hat ein Volumen von 1250 Liter und war kreisrund mit einer konischen
Form am Boden (30°-Winkel).
Der Durchmesser des Kreises betrug 1,25 m und die Gesamthöhe mit dem
Konus betrug 1,6 m.
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Der
Tank war mit einem Rechenmechanismus versehen, der bei einer Drehgeschwindigkeit, die
zwischen 0,1 bis 2 Umdrehungen pro Minute variierte, gedreht wurde
und hatte einen zentralen Boden-Ausgabepunkt (Unterstrom-Auslass).
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Die
Zufuhrströmungsrate
für den
Schlamm betrug 10 Liter pro Minute mit einer Feststoffkonzentration,
die zwischen 50 und 100 g/l variierte. Die zugeführten Feststoffe enthielten
19 Gew.-% grobe Partikel, gemessen auf Trockenbasis. Die groben
Partikel hatten eine mittlere Größe von 450 μm mit einer breiten
Größenverteilung.
Die Dauer des Tests betrug 48 Stunden.
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Die
mit diesem zentralen Zufuhrschacht erhaltenen Ergebnisse zeigten
eine Unterstrom-Feststoffkonzentration von 49% und eine Absetzzeit
der Einheit in der Größenordnung
von 10%. Der Graph aus 3 (Spur A) gibt die Variation
des Prozentsatzes an Feststoffen über die Zeit an. Wie ersichtlich wird,
ist die Ausbildung von Unterstrom-Feststoffen ungleichmäßig und
periodisch unterbrochen.
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Beispiel 1
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Sämtliche
Testbedingungen dieses Beispiels waren ähnlich denen aus dem oben erwähnten Vergleichsbeispiel
1, außer
dass der Zufuhrschacht auf halbem Radius gemessen vom Zentrum des
Tanks zur Wand platziert war.
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Die
zugeführten
Feststoffe enthielten 15 Gew.-% grober Partikel, gemessen auf trockener
Basis.
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Die
mit diesem Set-Up erhaltenen Ergebnisse ergaben eine Unterstrom-Feststoffkonzentration von
55% und eine Absetzung der Einheit in der Größenordnung von 0%. Der Graph
aus 3 (Spur B) gibt die Variation des Prozentsatzes
von Feststoffen über
die Zeit an. Die Ausbildung von Unterstrom-Feststoffen ist eindeutig
nahezu gleich und regelmäßig.
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Beispiel 2
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Sämtliche
Testbedingungen dieses Beispiels waren ähnlich denen aus dem Vergleichsbeispiel
1, außer
dass der Zufuhrschacht wiederum auf halbem Radius, gemessen vom
Zentrum des Tanks bis zur Wand, platziert war.
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Die
zugeführten
Feststoffe enthielten 27 Gew.-% grober Partikel, gemessen auf trockener
Basis.
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Die
mit dieser Anordnung erhaltenen Ergebnisse ergaben eine Feststoffkonzentration
von 60% und eine Absetzzeit der Einheit in der Größenordnung
von 0%. Der Graph aus 3 (Spur C) zeigt die Variation
des Prozentsatzes an Feststoffen über die Zeit. Die Ausbildung
von Unterstrom-Feststoffen ist eindeutig nahezu gleich und regelmäßig.