DK168326B1 - Fremgangsmåde til kontinuerlig udskillelse af elektrisk ladede fine uorganiske partikler i et vandigt medium ved elektroforese og elektroosmose - Google Patents

Description

i DK 168326 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til kontinuerlig udskillelse af elektrisk ladede fine uorganiske partikler i et vandigt medium ved elektroforese og elektroosmose. Opfindelsen angår således en fremgangsmåde 5 til kontinuerlig adskillelse under anvendelse af elektroforese og elektroosmose af elektrisk ladede faste materialer, der foreligger i pulverform. Den angår faste materialer, der, i suspension i et vandigt medium og når de underkastes indvirkning af et elektrisk felt, opfører sig 10 som elektronegative ioner, idet deres elektronegative karakter kan være enten naturlig eller påført ved anvendelse af passende midler.

Talrige fremgangsmåder, som er udviklet indenfor den uor-15 ganiske industri, især til behandlingen af kaolinmateriale, nødvendiggør en opkoncentrering af suspensioner indeholdende meget fine partikler eller endog kolloidale partikler. Metoderne til afvanding gør i almindelighed brug af klassiske behandlinger såsom filtrering, sedimen-20 tering, centrifugering, cyklonbehandling, tørring under termisk indvirkning, og disse metoder er enten alt for ineffektive derved, at de ikke gør det muligt at opnå et tilstrækkeligt tørret fast stof, eller de medføre økonomisk set en prohibitiv omkostning. Man må medgive, at for 25 partikler med en diameter, der ikke overskrider 10 jim, udgør elektrofiltreringen et effektivt middel til opkoncentrering, idet den til opnåelse af et tilsvarende slutresultat gør brug af en energimængde, der kun er lig med en tiendedel af den energi, som er nødvendig ved en be-30 handling med termisk tørring.

Elektrofiltreringens funktionsprincip er kendt. Behandlingen består i, at man underkaster den suspension, der indeholder de faste partikler, som man ønsker at udskille 35 fra det flydende bærestof, indvirkning af et elektrisk felt, som er dannet mellem to elektroder. Dette forudsætter for det første, at den suspension, der skal behand- ' 2 DK 168326 B1 les, er ledende overfor den elektriske strøm. Dersom de faste partikler har en elektronegativ karakter, vil de bevæge sig under indvirkning af det elektriske felt hen imod anoden, på hviken de vil have en tendens til at af-5 sætte sig. Væsken, som frigives ved den faktiske forskydning af det faste stof, bevæger sig i den modsatte retning og migrerer således med de i suspensionen tilstedeværende elektropositive ioner i retning af katoden. Forskydningerne i modsatte retninger af de faste partikler 10 og af væsken fremkalder en adskillelse af de to faser, idet det faste stof opkoncentreres ved afsætning på anoden.

Det er klart, at effektiviteten af denne behandling er 15 betinget af et vist antal parametre, hvor man kan nævne de vigtigste: - dispersionen af partiklerne i den væskeformige masse, som omgiver dem, idet denne dispersion er en funktion af 20 deres massefylde og af deres elektrokinetiske potential, som også kaldes Zeta-potentialet, - mobiliteten af de faste partikler, som er en funktion på en gang af Zeta-potentialet af det elektriske felt, 25 som man påføre, og af viskositeten af den væske, i hviken de bevæger sig, og - den elektriske modstand knyttet til mediet, som for et givet elektrisk felt bestemmer intensiteten af den cirku- 30 lerende strøm,

Opståelsen af en elektronegativ karakter og betydningen af denne karakter, som især indvirker på dispergeringen af partiklerne i den flydende fase, kan være bundet til 35 anvendelsen af uorganiske eller organiske vandopløselige additiver. Disse additiver, som indføres i meget små mængder, fixerer sig ved adsorption på de faste partikler, 3 DK 168326 B1 idet de derved tilfører dem en mere eller mindre udtalt elektronegativ karakter og således fremmer deres dispersion i væsken. De kan yderligere modificere væskens egen iontilstand og således indvirke på mediets modstand.

5

Andre parametre knyttet til konceptet og til udførelsen af elektrofiltreringsceller indvirker på effektiviteten af funktionen af disse celler. Blandt disse kan man nævne elektrodernes form, deres placering, deres afstand og ar-10 ten af de materialer, som danner disse elektroder.

De problemer, der rejser sig for fagmanden ved enhver elektrofiltreringsbehandling, er i almindeligehed sådanne, som angår opnåelsen af aflejring på anoden af faste 15 stoffer, der er tilstrækkelig tørre til, at det kan betale sig at opsamle dem, og sådanne, som angår fjernelsen af væske, der er for trængt ved opkoncentreringen af aflejringen af faste materialer.

20 Man har gennem tiden udviklet anodens form med henblik på at forøge effektiviteten og opsamlingen af disse faste stoffer. Man har allerede i mange år kendt især gennem US patentkrift nr. 1 133 967 anvendelsen af roterende anoder med tromleform, som gjorde det muligt kontinuerligt sam-25 tidigt at gennemføre aflejringen og fjernelsen af kagen af faste stoffer. Den tromle, hvis aksel er horisontal, er i et omfang på halvdelen neddyppet i et bad indeholdende den suspension, der skal opkoncentreres. Opsamling af de faste stoffer gennemføres kontinuerligt ved af-30 skrabning ved hjælp af en passende anordning (kniv, tråd, strygestol) på anodens overflade, når denne på grund af sin rotation kommer ud af suspensionen.

Man kender ligeledes (US patentskrifterne nr. 3 972 799 35 og 4 107 026 samt fransk patentskrift nr. 2 552 096) anvendelsen af anoder i form af skiver, som gør det muligt i betydelig grad at forøge den aktive overflade for et og 4 DK 168326 B1 samme rumfang af apparaturet. Disse anoder er placeret vertikalt på en horisontal arm og drejer sig halvvejs neddyppet i en beholder, som tilføres den suspension, der skal behandles. Mellem hver anode og med konstant inter-5 val har man fastgjort skillevægge, der er uadskilleligt forbundet med beholderen og som er elektrisk isoleret for sidstnævnte og forbundet med den negative pol af en strømkilde.

10 Fagmanden er blevet ført til på grund af de oxidationsfænomener, som finder sted på anoden ved frigivelse af oxygen, og som kan medføre en nedbrydning af denne anode gennem korrosion: 15 - enten at beskytte anoden ved i dens umiddelbare nærhed at placere en semi-permeabel membran, som afgrænser et anodisk kammer med lavt rumfang, og på hvilken kagen af de faste stoffer aflejres, således at man undgår forurening af de aflejrede faste stoffer fra anodens korro-20 sionsprodukter (US patentskrift nr. 4 048 038 og suppleringsskriftet nr. 2 423 257 til det franske patentskrift nr. 2 354 802), - eller at anvende anoder, der ikke lader sig angribe, og 25 som består af ædle materialer (f.eks. tantal), eller af materialer beklædt ved elektroaflejring af disse ædle materialer (platineret titan) eller af metaloxyder, der er ufølsomme overfor korrosion.

30 En vanskelighed, som imidlertid mødes af fagmanden, er knyttet til den kontinuerlige borttagelse af det vand, som er frigivet ved vandringen og elektrodeponering af de faste stoffer på anoden, samtidig med at man sikrer opretholdelse af en konstant koncentration i den suspen-35 sion, der befinder sig i elektrosepareringscellen.

De første celler omfattede ikke semi-permiable membraner, 5 DK 168326 B1 som gjorde det muligt at afgrænse et anodekammer og et katodekammer.

Ifølge US patentskrift nr. 1 132 967 bestod de anvendte 5 katoder af metalelementer i form af stænger eller af plader, som dannede rum til passagen af den flydende fase. Andre opfindere anvendte som elektrode et metalvæv rullet op over en tromle, som udgjorde katoden (US patentkrift nr. 1 345 886). Anoden udført under anvendelse af et en-10 deløst bånd monteret på ruller kom i kontakt med kagen af fast materiale aflejret på tromlen, hvis krumning det hvilede på. Opnåelse af en aflejring af opkoncentreret fast materiale, ved kontinuerlig fjernelse af væske i båndet blev foretrukket, enten ved påføring af et kon-15 takttryk mellem båndet monteret over ruller og tromlen, eller ved at bringe tromlen under vacuum. Med henblik på at forøge dehydratiseringseffektivitet kombinerede man således en extraktion af væsken ved elektroosmose og ved filtrering enten under indvirkning af et påført ydre tryk 20 eller under indvirkning af et undertryk.

I fortsættelse heraf har efterforskningen efter en bedre effektivitet ført fagmanden til at anvende semi-permeable membraner for at danne to klart adskilte kamre, et anode-25 kammer og et katodekammer. De semi-permeable membraners roller er at lade væsken passere samtidig med, at de forbliver impermeable overfor passage af de faste stoffer.

Idet den suspension, der skal behandles, indføres i anodekammeret, og idet de elektronegative ioner bevæger sig 30 i retning af anoden, spiller membranen en rolle som filtreringsmedium i forhold til katoden. Idet væsken, hvis volumen svarer til de faste stoffers volumen bevæger sig hen imod anoden og forskydes under indvirkning af såkaldte Drag-kræfter i modsat retning hen imod katoden, gen-35 nemstrømmer den det filtrerende medium og passerer således ind i katodekammeret. Passagen af denne væske igennem mediet er betinget af et antal faktorer, som på den 6 DK 168326 B1 ene side er knyttet til den egentlige sammensætning af dette medium (arten af materiale, porøsiteten, permeabi-liteten etc.)/ og på den anden side til det flydende medium (viskositeten af den væske, der spiller rollen som 5 elektrolyt, og hvori vand udgør hovedbestanddelen).

Passagen af væsken igennem mediet i retning af katodekammeret kan lettes, således som det tidligere er indiceret, ved at bringe dette kammer under et delvist vacuum (US 10 patentskrift nr. 4 003 849), hvilket svarer til at forøge det bevægende tryk for den osmotiske gennemstrømning igennem mediet. Reguleringen af extrationen af væske ved regulering af katolytens niveau er omtalt i US patentskrift nr. 4 107 026. Man ved, at mængden af vand cirku-15 lerende igennem mediet er bundet til tabet af ladning af strømningen. Eftersom det tilstræbte formål er, at de faste partikler bevæger sig i retning af anoden, foreligger der en værdi for det elektriske felt, der betegnes som "den kritiske værdi", ud over hvilken den elektriske 20 kraft udøvet på partiklen er lig med den såkaldte Dragkraft. Intensiteten af det påførte elektriske felt bør således være større end denne "kritiske værdi" for at undgå den progressive akkumulering på det katodiske filtermedium af de mindste partikler medrevet ved forskyd-25 ningen af væsken. Denne akkumulering, der virker imod gennemstrømningen igennem mediet, gør passagen af den vandige fase mere vanskelig.

Indgangen af vand i katodekammeret ved passage igennem 30 mediet har den virkning, at den fremkalder en fortynding af elektrolyten, (som stadig kaldes katolyt) og som befinder sig i dette kammer. Nødvendigheden af at opretholde et vist koncentrationsniveau i katalyten for at sikre passagen af den elektriske strøm fra katoden hen imod den 35 suspension, der skal behandles, har ført til, at visse forskere har udtaget fortyndet elektrolyt med henblik på at forny den, idet man anvender direkte udtagning i kato- i — r—1^ — ---- 7 DK 168326 B1 dekammeret.

I fransk patentskrift nr. 2 354 802 og tillægspatentskrift nr. 2 423 254 har man omtalt en regulering af 5 mængden af væske extraheret fra katodekammeret. Extrak-tionen af den vandige fase fra katodekammeret reguleres ved kontinuerlig måling af katolytens væskeniveau, idet man enten uafhængigt eller samtidigt påvirker følgende to parametre: 10 undertrykket, som hersker over væskeniveauet i katodekammeret, og den elektriske strømtæthed, som cirkulerer gennem elektrosepareringscellen.

15 Passagen af væske igennem det katodiske filtreringsmedium lettes faktisk ved permanent opretholdelse af et undertryk over katolytens niveau. Det delvise vacuum over katoden reguleres ved hjælp af en vacuumpumpe, der styres af målingen af undertrykket. Dannelsen af en let aflej-20 ring af fine faste partikler på filtreringsmediet eller opsamlingen af disse partikler i dettes umiddelbare nærhed kan yderligere fremskyndes eller forsinkes ved at modificere intensiteten af det elektriske felt og således strømtætheden. En forøgelse af strømtætheden fremkalder 25 en tilsvarende vækst i migrationshastigheden for de faste partikler hen imod anoden. En formindskelse af strømtætheden vil som konsekvens føre til dannelsen af en aflejring af partikler på filtreringsmediet, som virker imod passagen af væsken. Idet man således samtidig arbejder 30 med disse to parametre (det undertryk, der hersker over katolytens niveau og strømtæthed), er fagmanden nået frem til at opnå en ligevægtfunktion af cellen for en given mængde extraktionsfiltrat ud fra katodekammeret.

35 Den opnåede erfaring har imidlertid vist, at i tidens løb efter et vist antal drifttimer, viser en regulering, som kun medregner de ovenfor nævnte to eneste parametre sig 8 DK 168326 B1 meget utilstrækkelige til opretholdelse af en effektiv funktion af elektrosepareringscellen, eftersom man samtidig iagttager en fremadskridende formindskelse af aflejringer på anoden, en formindskelse af filtratmængden, 5 som strømmer igennem det katodiske medium, og en forhøjelse af pH i katolyten, som nærmer sig meget kraftige alkaliske værdier.

Fagmanden har for at forøge effektiviteten af udskillel-10 sen af faste stoffer benyttet sig af indføring af sure additiver i katodekammeret. Således omtales i visse tidligere omtalte US patentskrifter (nr. 3 980 547, 4 003 811, og 4 048 038) anvendelsen til dette formål af uorganiske syrer, såsom saltsyre, svovlsyre eller phosphorsy-15 re. Ifølge disse patentskrifter tvinges man til at holde katolytens pH mellem 2 og 7, idet koncentrationen af den tilførte sure opløsning strækker sig fra 0,1 til 10 vægt-% (US patentskrift nr. 3 980 547) eller fra 0,1 til 1 vægt-% (US 4 003 811 og 4 048 038).

20

Efterhånden som den vandige fase, der stammer fra anoderummet, ved elektroosmose trænger igennem membranen i katodekammeret, medfører den derved opnåede fortynding af katolyten en ændring af dennes elektriske karakteristika 25 (især modstandsevne). For at transporten af elektrisk strøm skal holdes på et effektivt niveau er det nødvendigt, at katolytens egenskaber og, som følge heraf, dens sammensætning, ikke varierer ud over visse grænser. For at extrahere den vandige fase som ovenfor indiceret og 30 for at opretholde en permanent strømpassage med kendte intensitetsværdier, er fagmanden blevet ført til (US patentskrift nr. 3 980 547, 4 003 811 og 4 048 038) at sikre en kontinuerlig åben cirkulering af katolyten gennem katodekammeret. Frisk katolyt indføres på kontinuerlig 35 måde direkte i katodekammeret, og den brugte katolyt ex-traheres fra dette samme kammer. En sur opløsning tilsættes, som tidligere anført, til den friske katolyt på en r r - - ---^--- 9 DK 168326 B1 sådan måde, at man kontinuerligt holder pH af katolyten i katodekammeret indenfor et værdiinterval fra 2 til 7.

Ifølge andre udførelsesformer ved den kendte teknik om-5 fatter visse anordninger til elektroseparering yderligere en anden semi-permeabel membran, som er placeret rundt om anoden og som definerer et tæt rum, der omgrænser anodekammeret. Den rolle, der spilles af denne membran (som ligeledes udgør et filtermedium), og på hvilke de faste 10 partikler aflejrer sig ved elektroforese, er at undgå en kontaminering af denne aflejring med korrosionsprodukter fra anoden (US patentskrift nr. 4 048 038).

Den i anodekammeret værende elektrolyt, der betegnes som 15 anolyt, indeholder uorganiske salte, hvoraf visse dissocieres under indvirkning af elektrokemiske reaktioner, som er lokaliseret til den nærmeste omgivelse af anoden. Denne ændring af de elektriske egenskaber, der er resultater heraf, nødvendiggør, ganske som det er tilfældet 20 for katolyterne, en fornyelse af disse anolyter med henblik på at opretholde deres sammensætning i nærheden af konstante værdier.

Fra fransk tillægspatentskrift nr. 2 423 254 kender man 25 tilstedeværelsen af anordninger, som gør det muligt at sikre denne fornyelse. Konstruktionen omfatter et apparatsystem placeret i en lukket sløjfe på anodekammeret.

Den udtagne anolyt passerer først ind i et kammer til af-gasning, hvori der gennemføres separering mellem væskefa-30 sen og de gasarter, der dannes ved de elektrokemiske reaktioner knyttet til nedbrydningen af elektrolyten i kontakt med anoden. Væskefasen strømmer med tyngdekraften til en pufferbeholder, før den ved hjælp af en pumpe føres tilbage til anodekammeret. Den brugte anolyt udtages 35 direkte fra denne pufferbeholder. Tilsvarende indføres den friske anolyt, som er indeholdt i et mellemlager-reservoir, ved et kredsløbspunkt før pufferbeholderen. Ef- 10 DK 168326 B1 tersom udtagningen af brugt elektrolyt gennemføres direkte gennem en fast overstrømningsterskel på pufferbeholderen, som gennemstrømmes af den recirkulerede anolytstrøm på vej mod anodekammeret, kan anordningen, således som 5 den er beskrevet, imidlertid kun fungere effektivt, dersom tilførslen af ny anolyt til kredsløbet og udtagningen af brugt anolyt gennemføres uafhængigt af hinanden og på diskontinuerlig måde. Som følge heraf kan sammensætningen af elektrolyten i lukket cirkulation over anoden ikke 10 holde konstant, således som det er beskrevet i det ovennævnte tillægspatentskrift, og det varierer mellem grænseværdier, som ikke er blevet præciseret.

Eftersom anolyten er en opløsning af NaCl, dannes der 15 yderligere ved elektrolytisk reaktion chlor, som frigives ved anoden. Dette chlor bør, således som det er anført i det franske tillægspatentskrift nr. 2 423 254, fjernes eller eventuelt genindføres i katodekammeret. Men håndteringen af gasformigt chlor og genindføringen i dette kam-20 mer udviser meget alvorlige ulemper. I det tilfælde, hvor indføring af chloren foregår i en atmosfære af det hydrogen, der afgives i katodekammeret, kan der heraf opstå en eksplosiv blanding. Når det drejer sig om direkte indsprøjtning af chlor i katolyten, fører denne indsprøjt-25 ning til dannelsen af chlorundersyrling med lav dissosia-tionskonstant, som ikke modvirker den gradvise udvikling af elektrolyten hen imod kraftigt alkalisk pH-værdier. De i katolyten dannede hypochloriter er yderligere agressive forbindelser, som fremkalder ødelæggelse af katoden ved 30 korrosion og forurening af katalyten, hvorfor den udtagne fraktion ikke kan bortkastes i det naturlige miljø.

Uafhængigt af de løsninger, som er beskrevet i den kendte teknik til behandlingen af katolyten, d.v.s. indsprøjt-35 ning af chlor eller indføring af opløsning af uorganiske syrer (HC1, ^SO^, H^PO^), indeholder denne katolyt således fremmede grundstoffer, såsom svovl, chlor og phos- Ή r · · - - — ----- 11 DK 168326 B1 phor, som oprindeligt ikke var tilstede i den suspension, der skal behandles. Den fra katodekammeret udtagne fraktion af katolyten udgør en spildstrøm, som før hver bortkastning nødvendiggør en passende behandling, for at kun-5 ne tilfredsstille antiforureningsregulativerne.

Det er på den anden side videnskabeligt fastslået, at rumfanget af den fjernede vandige fase svarer til rumfanget af den vandige fase forskudt ved elektroomose hen 10 over kagen af faste partikler af lej ret på anoden; og af denne grund nødvendiggør en kontinuerlig funktion af elektroseparering uden afbrydelser på en gang en perfekt regelmæssighed med hensyn til passagen af denne vandige fase igennem filtreringsmediet og en høj regelmæssighed 15 med hensyn til udtagelsen derfra.

Man har nu under videre forskning påvist vigtigheden af den rolle, der spilles af hydroxylioner (-0H), som dannes i nærheden af katoden ved elektrolysereaktionen. Disse 20 ioner, der bevæger sig i retning af anoden, støder under deres forskydning på den barriere, som udgøres af det ka-todiske filtermedium, og de modvirker passages af den vandige fase i modsat retning gennem dette medium.

25 Akkumuleringen i katodekammeret af hydroxylioner indvirker således ugunstigt på funktionen af cellen, idet den udgør en forhindring for passagen af den vandige fase i retning af katoden, og idet den som følge heraf forstyrre opkoncentreringen ved hjælp af elektroosmose af de faste 30 partikler, som er aflejret på anoden. Denne akkumulering fremkalder en modificering af pH af katolyten, som udvikler sig, dersom man ikke tager forholdsregler derimod, hen imod kraftigere alkaliske værdier. Som følge heraf medfører den efter et vist antal timers drift en meget 35 forstyrret funktion af cellen med risiko for blokering, uafhængigt af de reguleringsværdier, som tages i brug forde øvrige parametre, der indvirker på elektrosepare- 12 DK 168326 B1 ringen (det elektriske felt, strømtætheden, mediets modstandsevne, undertrykket over katoderummet etc.)

Den foreliggende opfindelse angår således en kontinuerlig 5 fremgangsmåde til separering ved elektroforese og elek-troosmose af elektronegativt ladede uorganiske partikler i suspension i et vandige medium, ved hvilken fremgangsmåde behandlingen af katolyten gennemføres kontinuerligt ved hjælp af et middel som, medens det modificerer for-10 holdet mellem de normalt tilstedeværende typer af ioner, sikrer en effektiv elektroseparering af faste stoffer ved kontinuerlig og regelmæssig dannelse af en aflejring af partikler på anoden, som forøger effektiviteten af den osmotiske passage af den vandige fase gennem det katodis-15 ke filtermedium, som gør det muligt at opretholde katoly-tens pH indenfor et interval af værdier tæt ved neutralisationspunktet, og som i katolyten ikke indfører noget fremmed grundstof, som modificerer sammensætningen af denne katolyt, og som ikke allerede er tilstede i den 20 suspension, der skal behandles, og som derfor giver den med henblik på borttagning af vand i overskud fra katodekammeret udtagne vandige fase en ikke-forurenende karakter.

25 Den foreliggende opfindelse angår således en fremgangsmåde af den i krav l's indledning omtalte art, som er ejendommelig ved det, der er anført i krav 1 kendetegnende del.

30 Man har nu gennem talrige eksperimenter påvist vigtigheden af udbyttet af vandextraktionen, der er defineret som værende forholdet mellem på den ene side mængden af vand, der strømmer tværs igennem filtreringsmediet og definitivt fjernes, og på den anden side den teoretiske 35 mængde vand QT, som forskydes ved elektroosmose under dannelsen af aflejringen af faste partikler på anoden, idet størrelserne henviser til en tidsenhed. Erfaringen 13 DK 168326 B1 viser, at en betingelse, der er abolut nødvendig for en kontinuerlig og regelmæssig funktion af elektrosepare-ringscellen, er at dette udbytte mindst er lig med 1, at det ønskværdigt er større end 1, og at det fortrinsvis 5 befinder sig i et værdiinterval mellem 1,01 og 1,50.

Det er således muligt, idet man kender tørstofindholdet i den suspension, der skal behandles, og idet man fastlægger indholdet af tørstof i den kage, der skal indvindes 10 på anoden, at bestemme mængden QT pr. tidsenhed af væske, der er forskudt ved elektroosmose i kagen, og på denne måde fastlægge værdien af mængden af væske pr. tidsenhed, der definitivt skal fjernes.

15 Når fraktionen Q1 således er fuldstændig defineret, udtager man i den katodiske afdeling en mængde Q3 pr. tidsenhed, som er større end 2,5 QT· Denne enhed opdeles derpå i to mængder og Q2, idet mængden Q1 definitivt fjernes, medens mængden Q2 er beregnet til at blive be-20 handlet.

Den fraktion Q2, der er beregnet til at blive genindført i den katodiske afdeling efter behandling, reguleres på en sådan måde, at forholdet Q2/QT mindst er lig med 1,5, 25 ønskværdigt mindst lig med 2,5 og fortrinsvis på mellem 4 og 8 for at fremme diffusionen og blandingen af Q2 i det indre af den katolyt, der befinder sig i katodeafdelingen.

30 Man måler samtidig med udtagelsen af fraktionen pH deraf, og man sammenligner denne målte værdi med en fastlagt værdi. Sammenligning mellem de to værdier for pH gør det muligt at regulere indføringen af C02~gas i fraktionen Q2 på en sådan måde, at man i den katodiske af-35 deling opnår en pH-værdi tæt ved eller lig med den for fraktionen ønskede pH-værdi.

14 DK 168326 B1 pH for fraktionen Q^, der skal fjernes, fastlægges af brugeren på en almen måde og gør det muligt at definere værdien for pH som den fastlagte værdi. pH af denne fraktion Q1 vælges fortrinsvis og for at tilfredsstille anti-5 forureningsnormerne i intervallet fra 6,5 til 8.

For at fremme passagen af fraktion gennem filtreringsmediet, etablerer man på kendt måde et undertryk i den katodiske afdeling. Dette undertryk er i almindelighed _3 10 fastlagt til en værdi, der mindst er lig med 6,5 x 10

Pascal (svarende til 50 mm kviksølvsøjle) og fortrinsvis -3 -3 til værdier mellem 13 x 10 Pascal og 47 x 10 Pascal (svarende til 100-350 mm kviksølvsøjle).

15 De elektriske karakteristika for funktionen af elektro-separeringscellen er ved en god udførelsesform af fremgangsmåden ifølge opfindelen som følger: - intensiteten af det elektriske felt mellem de to elek-20 troder vælges i intervallet 1-25 volt x cm~\ fortrinsvis i intervallet 5-15 volt x cm"\ og - den elektriske strømtæthed reguleres i intervallet 1-20 _2 milliampérer x cm , fortrinsvis mellem 5 og 16 milli--2 25 amperer x cm

Ifølge opfindelsen udviser den suspension, der skal behandles, og som indeholder fine uorganiske partikler med elektronegativ karakter, der er opnået naturligt eller 30 kunstigt, i almindelighed en elektrisk modstandsevne i intervallet 250-2500 Ω x cm, fortrinsvis mellem 500 og 1800 D x cm for at muliggøre passagen af en strøm med tilstrækkelig stor intensitet, idet man samtidig begrænser forbruget af elektrisk energi.

Den foreliggende opfindelse vil bedre kunne forstås ved hjælp af den beskrivelse, der henviser til vedlagte skema 35 15 DK 168326 B1 (figur 1) som belyser fremgangsmåden ved et eksempel.

I overensstemmelse med figur 1 består denne anordning, der tages i brug, af en elektrosepareringscelle omfat-5 tende en beholder (1) forsynet med en rørføring til tilgang (2), der i sig selv er forbundet med en oplagringsbeholder (3), som indeholder den suspension, der skal behandles, og at en udtageranordning (4), der er forbundet med en modtagebeholder (5), således at cellen fungerer 10 med et konstant niveau af suspensionen, og at overskud af tilført materiale automatisk ender i modtagerbeholderen (5). I det indre af den oprindelige beholder (1) er anbragt en eller flere serier af katodeelektroder og anodeelektroder, der er anbragt alternativt med regelmæssige 15 afstande mellem hverandre og hvis plane overflader er parallelle med hverandre. Anoderne (6), som er forbundet med den positive pol af en ydre strømkilde (7), kan: - enten være udformet i rektangulær form, og det er så 20 muligt at forskyde dem i et vertikalt plan i en bevægelse nedefra og opefter parallelt med sig selv, således at de kan forlade elektrolytkarret, hvori de er neddyppede, til opsamling af kagen af faste bestanddele, der er aflejret under forløbet af elektrolysen, 25 - eller de kan på foretrukken måde foreligge i form af cirkulære skiver, der bevæges med en roterende bevægelse rundt om deres horisontale aksel? og i dette tilfælde gennemføres udtagningen af kagen af faste stoffer konti- 30 nuerligt på den del af skiven, der dukker op af suspensionen under anvendelse af et vilkårligt middel (kniv, tråd, strygekniv etc.), således som det vil være velkendt for fagmanden.

35 Disse elektroder er udført i ædelmetal, såsom titan, der er beklædt med elektroaf lej ring med et tyndt lag af platin eller ethvert andet metal, hvis metaloxid er mod- i 16 DK 168326 B1 standsdygtig overfor corrosion af de gasser, der dannes ved anoden, eller af de H+-ioner, som er knyttet til den gasformige udstrømning under den elektrokemiske reaktion.

5 Katoderne (8) består af faste elementer, og i overensstemmelse med en udførelsesform for den foreliggende opfindelse, kan de foreligge i form af halvcirkelformede sektorer af rustfrit ståltrådvæv, som er fuldstændig ned-dyppet i suspensionen, og som er forbundet med den nega-10 tive pol af strømgeneratoren (7). Hver katode er udstyret med et filtrerende medium (9), som afgrænser et indelukket volumen (10), der betegnes som katodeafdelingen, og hvori katolyten er indeholdt.

15 Den katodiske afdeling er: - på den ene side forbundet ved hjælp af en ledning (11), der i sin øvre del udmunder ved en vacuumpumpe (12), som gør det muligt at regulere undertrykket over katolytens 20 niveau omkring en fastlagt værdi som en funktion af den egentlige måling (21) af dette undertryk i den katodiske afdeling, - på den anden side forbundet ved hjælp af ledninger (13) 25 og (14), som udmunder i afdelingen under katolytens niveau, med en anordning (15), der sikrer den kontinuerlige og regelmæssige indsprøjtning af behandlingsmidlet (carbondioxid CO2) i den lukkede sløjfe, der udgøres af disse to ledninger, indsprøjtningsanordning (15) og den kato- 30 diske afdeling (10).

Man sikrer en cirkulering af katolyten på kontinuerlig måde ved hjælp af en pumpe (16) i den således definerede sløjfe. Indsprøjtning af behandlingsmidlet gennemføres 35 ved ethvert for fagmanden kendt middel, som gør det muligt at opnå en effektiv kontakt imellem midlet og væsken. Anordningen bør være tilpasset som en funktion af DK 168326 Bl 17 det anvendte middel og af strømningshastigheden Q2 for den cirkulerende katolyt.

I det tilfælde, hvor behandingsmidlet er carbondioxid 5 (C02) og for apparatur med lille kapacitet, kan ind sprøjtningsanordningen for CO2 være en skive af sintret glas. Ved større væskemængder og gasmængder kan det anbefales at anvende anordninger, der vil være kendt for fagmanden angående kemisk ingeniørvidenskab, såsom fyldte 10 kolonner eller dispergeringskolonner. Hastigheden af behandlingsmiddel reguleres som en funktion af en måling (20) af pH i katolyten, der gennemføres kontinuerligt på den katolyt, der udtrækkes fra den katodiske afdeling. Målingen af denne pH-værdi sammenlignes med en fastlagt 15 værdi, hvorefter en automatisk ventil (19), som gør det muligt at modificere hastigheden af midlet indført i sløjfen påvirkes for permanent at opretholde en pH-værdi i katode-afdelingen ved værdier tæt ved den af brugeren valgte værdi for pH.

20

Man udtager kontinuerligt en mængde Qg af katolyten beregnet pr. tidsenhed fra afdelingen (10) ved hjælp af rørledningen (13). Dette volumen er fastlagt til en værdi, der er meget større end QT· På den anden side ud-25 tages rumfanget Q1 af den samlede mængde af katolyt, der strømmer ud fra afdelingen (10) og evakueres under kredsløbet ved hjælp af ventilen (17) og rørledningen (18) i det tilfælde, hvor behandlingsmidlet er CO2, og hvor den fjernede fraktion udgør en spildstrøm, hvori 30 pH kontinuerligt kontrolleres og indholdet af kemiske bestanddele er i overensstemmelse med officielle anti-for-ureningsregulativer, behandles alene forskellen i mængde Q3-Q1, d.v.s. Q2 i anordningen (15) til indføring af midlet, og dette føres til den nedre del af katodeafdelingen 35 (10) ved hjælp af pumpen (16) og af returledningen (14).

I det tilfælde, hvor behandlingsmidlet er C02, muliggør anvendelsen af en passende anordning (15) til indsprøjt- 18 DK 168326 B1 ning deraf en homogen dispergering af gassen 1 væskefraktionen ζ^. Tilbageførslen til kontinuerlig cirkulation af denne fraktion i den nedre del af katodeafdelingen såvel som extraktionen af fraktionen i toppen af denne af-5 deling sikrer en fuldstændig diffusion af katolyten, som behandles inden i den katolyt, der er indeholdt i hele katodeafdelingens højde. Cirkulationshastigheden Q2 har en sådan værdi, at den gør det muligt, at sikre en absorption af gasforming CO2 i tilstrækkelig stor mængde 10 til at neutralisere de hydroxylioner, som er dannet i katodeafdelingen, og at opretholde i denne afdeling en pH-værdi f.eks. højst lig med 8. Under hensyntagen til den lave alkalinitet af katolyten, som udtages fra den kato-diske afdeling, og som følge heraf den meget lave opløse-15 lighed af CC>2 i katolyten, bør forholdet mellem massehastighederne for den cirkulerende væske og for den gasfor-mige C02 være meget stor for at sikre den påkrævede absorption af gasformigt C02.

20 Fremgangsmåden ifølge opfindelsen som her beskrevet kan anvendes til behandling af enhver suspension indeholdnede fine partikler af elektronegat'ive faste materialer med henblik på fraseparering af disse partikler fra væskefasen, hvor de opretholdes i suspension. Sådanne suspen-25 sioner kan indeholde så forskellige materialer som carbo-I nat, kaoliner, silicater, titanoxider, aluminiumoxid, j calciumphosphater, gipsarter etc. Denne opkoncentration af faststofindholdet i kagen, der opnås ved elektrosepa-rering, kan f.eks nå op på værdier så høje som 75 % for 30 koncentrationer af den suspension, der underkastes behandlingen, der omfatter intervallet 20-50 vægt-%.

For mere præcist at belyse de muligheder, der tilvejebringes gennem opfindelsen, er i det følgende anført to 35 eksempler, hvoraf den ene angår elektroseparering af en suspension af kalciumcarbonat, og den anden angår elektroseparering af en suspension af kaoliner.

19 DK 168326 B1 EKSEMPEL 1

Man anvender en suspension af kalciumcarbonat (CaCO^) med en faststofkoncentration lig med 49,6 %, i hvilken man 5 har tilført en organisk polymer (natriumpolyacrylat) i koncentrationer i størrelsesordenen 0,3-0,4 vægt-% udtrykt som tørstof i forhold til kalciumcarbonat. Denne polymer, som adsorberes på kalciumcarbonatpartiklerne, har den egenskab, at den oplader de faste partikler meget 10 negativt. Den specifikke modstand i den vandige fase er i nærheden af 600 Ω cm.

Det elektriske felt, som påføres mellem ekektroderne, er 11,7 volt x cm-1, hvilket under hensyn til en indbyrdes 15 afstand mellem elektroderne på 6 cm svarer til et totalt fekt på 70 volt. Strømtætheden er i nærheden af 16 mil-_2 liampére x cm . Det undertryk, der påføres over væskens 3 niveau i katoderummet, er 26 x 10 Pascal (d.v.s. ca.200 mm kviksølvsøjle).

20

For en tilførselshastighed af suspension til elektrose- pareringscellen lig med 765 kg x h~^ og for en opsamlet masse på 506 kg x h-^ filterkage, hvori koncentrationen af faste bestanddele af CaCOg er 75 %, er den specifikke 25 mængde Q. af væske udtaget fra cellen og bortkastet fra ·*· -1 katoderummet 263 1 x h . Den teoretiske mængde af vand, som er forskudt ved elektroosmose under aflejringen af de faste materialer på anoden, er 259 1 x h . Extrak- tionsudbyttet med hensyn til vand er således i nærheden 30 af 1,015. Den samlede mængde Q_, der er extraheret fra -1 katodeafdelingen, er 1763 1 x h . Mængden af katolyt Q0 som recirkuleres til katode-afdelingen, er 1500 1 x h svarende til et forhold Q2/QT lig med 5,79. pH af den udtagne katolyt er 7,9. Indsprøjtningen af CO2 reguleres 35 således, at man under hensyntagen til en væskestrømning i recirkulation Q^ på 1500 1 x h~\ kan sænke pH af denne fraktion Q^ til 7,3. Mængden af gasformigt CO2 er under 20 DK 168326 B1 disse betingelser 0,4 kg x h-*, hvilket svarer til et forbrug af CO 2 ganske lidt større end et gram (d.v.s. 0,51 1 under normalbetingelserne med hensyn til tryk og temperatur) pr. kg CaCO^.

5

Den fra cellen extraherede spildstrøm har under de ovenfor beskrevne driftsbetingelser følgende kemiske sammensætning: 10 Na+ 1,2 g x l"1 HCOg- 3,61 ST x 1_1

Ca++ 34,5 mg x 1 ^ DCO 80 mg x 1 ^

Mg++ 0,7 mg x 1 ^ pH af er (som tidligere indiceret) 7,1. På grund af 15 anvendelsen af et filtrerende medium, som afgrænser katoderummet, i form af en membran med tynde porestråler og fremstillet af polyvinylchlorid, er indholdet af faste bestanddele, der foreligger i spildstrømmen mindre end 50 ,-1 mg x 1 20

Kemisk sammensætning, pH og indhold af faste bestanddele er således, at den væskeformige spildstrøm har en ikke-forurenende karakter, og at det kan bortkastes vilkårligt uden kompletterende behandling bestemt til at bringe det 25 i overensstemmelse med anti-forureningsnormerne for spildevand .

EKSEMPEL 2 30 Dette eksempel angår fraseparering af kaolinpartikler, som foreligger i en vandig suspension med en koncentration af faste materialer lig med 24,6 %, hvori man indfører et dispergeringsmiddel bestående af en copolymer af natriumacrylat og af acrylamid i en koncentration på 0,6 35 % udtrykt som vægt-% i tør tilstand over tør tilstand i forhold til kaolinen.

21 DK 168326 B1

Det anvendte apparatur er det samme, som det der er anvendt i eksempel 1, idet der dog er en afstand mellem elektroderne, der er blevet reduceret til 5 cm i stedet for 6 cm. Spændingen over strømgeneratorens klemmer er i 5 nærheden af 56 volt, hvilket svarer til et elektrisk felt i størrelsesordenen 11,2 volt x cm-1. Strømtætheden op- _2 retholdes på 8 milliampére x cm . Derudover var undertrykket over katolytens niveau i katode-afdelingen 13 x 3 10 Pascal (d.v.s. ca. 100 mm kviksølvsøjle). Under de 10 således definerede driftsbetingelser og med en tilførselshastighed til cellen af suspension i størrelsesorde-nen 489 kg x h , var mængden af fugtige kaoliner aflej-ret på anoden lig med 261 kg x h , koncentrationen af disse kaoliner med hensyn til tørstof var 46,9 %. Mængden 15 Q- af væske extraheret fra katodeafdelingen og definitivt 1 -1 bortkastet var 300 1 x h for en teoretisk vandmængde Q« ·*· fortrængt ved elektroosmose på 228 1 x h . Extraktions-udbyttet med hensyn til vand var således lig med 1,315. Mængden af C02 indsprøjtet i fraktionen Q2 af katolyten 20 under recirkulation over den katodiske afdeling, blev reguleret således, at pH i den katodiske afdeling varierede indenfor et interval, der strakte sig fra 6,7 til 7,3.

Den vandige fraktion Q^, som blev extraheret fra den katodiske afdeling, og hvori den eliminerede del udgør 25 en spildstrøm, havde en pH-værdi meget tæt på neutrali tet. Forøvrigt var indholdet af grundstofferne calcium og natrium i denne spildstrøm som følger:

Na+: 700 mg x i"*"*· og Ca^+: 21 mg x l”1 30 DCO var på mellem 20 og 40 mg x .

Ligesom det var tilfældet i eksempel 1, var mængden af faste bestanddele i suspension i spildstrømmen lavere end 35 50 mg x 1 22 DK 168326 B1 EKSEMPEL 3 - sammenligningseksempel

Den rolle, der spilles af C02, er vist i det følgende eksempel, hvori man behandler den samme suspension af kao-5 lin (på engelsk: "China Clay") under den samme tidsperiode af eksperimentet i en laboratoriecelle, succesivt i nærvær og derpå uden tilstedeværelsen af en indsprøjtning af gasformigt C02· 10 Cellens funktionsbetingelser var som følger:

Elektrisk felt 11,5 volt x cm~^

Afstand mellem elektroderne 5 cm _2

Strømtæthed 8 milliampére x cm 15

Undertryk over katalytens niveau i katode-afdelingen: 3 13 x 10 Pascal (d.v.s. ca. 100 mm kviksølvsøjle).

Den behandlede suspension af kaolin havde en begyndelses-20 koncentration af faststof på 25,9 %. Man indførte i denne suspension et dispergeringsmiddel bestående af en copolymer af natriumacrylat og acrylamid med en koncentration på 0,6 vægt-% udtrykt som tørstof overfor tørstof i forhold til kaolin.

25

Man gennemførte to forsøg, det ene uden tilstedeværelse af C02 og det andet ifølge opfindelsen med en indsprøjtning af C02 reguleret på en sådan måde, at man i katodeafdelingen opretholdt en pH-værdi i nærheden af 8; disse 30 to forsøg havde hver en varighed på 12 timer.

I efterfølgende tabel I er opsamlet for hvert eksperiment i nærvær af eller uden tilstedeværelsen af gasformigt C02 og for hhv. de første, tredje, sjette, og tolvte timer af 35 driften af cellen værdierne: - mængderne af fast materiale udtrykt som tørstof frase- 23 DK 168326 B1 pareret på anoden, - mængderne af vand extraheret fra katodeafdeling udtrykt i liter pr. time, 5 - udbytterne med hensyn til vand (Q1/QT).

10 15 20 25 30 35 DK 168326 B1 24 (l- co ω ^ x) 2 N ^ w 44 3 y. - >x C C3 — · — ~ — xi ro \

3 > r4 3 CJ

CM

o c_> ---- 4-> u- ro ro ρ i— S i ,— ^ N *— U1

Jr -*= P -C ·— O Cl O

o ro - •HPXJX·’’ M «4 <1

-P -PC

-SC X ro rH

ro u > *“5 c ------- •H p~ -----

S

XI 4-1 ro s: («- .p ro -p i _ «Ο «Ο Γ- *j- ti Γ Γ 9 ” ° C» ro -H. - *1 «Ί w X Η X ·— *— »- <—

CT O

c ro o

ffi -X -X

s: t»- o ro V> *r — Γ»

4-1 ( - O' Cl Cl CO

►ρ ">.Έ\ o O* O α jd ro r-ι .

XJ > o ro 3 J3 ____ ro cm * 0 4-1 o ro U* I_| li- ro Ή ( m o o o ro 1 sz. SI 2 ·** Ρ> ca 03 XJ °1 O' ox Cl c pcx ·— ~ ' -Γ o 4-i ro •P X > »-Η -P ill

-X

ro -—---—--- •3 p c s •P 4-1 C il— *—1 ro ro -p i _ -n oi *- w

2 Cl 03 S

3 PCX CM O o o ro -p * 3 <P X —- — — cn o c ro σ Bi ^ s: tiro 4-1 -p il- tt- CJ1 C -H CJI-P Q1 o

ro p op o 4J

cn3 X3 -p · u-

c * · U- »—i -H

•P tø CM CD ιΛ -P i—i p c ro ro p xj

4J E C E C 3 C

σ ·ρ ro -η ro ro ro <—I 44 3 44 3 ro 3d) ro roe

ti- · e · E E E -P

ro —i ro ip ro-π ro 44

•—i * <—14-1 1—I

3 C ·—( C Ή i—I ·

roro roro ro« rocM

>3 S3 2: ό s: <-i

Claims (9)

1. 25 DK 168326 B1 Det er af interesse at bemærke ud fra denne tabel, at i fravær af indsprøjtninger C02 er udbyttet af vand i cellen såvel som mængden af uroganisk materiale aflejret på anoden voksende med tidsforløbet, tabet af produktivitet 5 er i størrelsesordenen 13 % på 12 timer, d.v.s. en lille smule mere end et procent-point pr. time, medens i nærvær af en indsprøjtning af C02 udbyttet er vand og mængden af uorganisk materiale aflejret på anoden forbliver konstante med tiden. 10
2. 1. Fremgangsmåde til kontinuerlig udskillelse af elek-15 trisk ladede fine uorganiske partikler i suspension i et vandigt medium ved elektroforese og elektroosmose omfattende : - kontinuerlig indførsel af suspensionen af det faste 20 stof, som har en elektronegativ karakter, i en elektro-separeringscelle forsynet med en anode og en katode, mellem hvilke der opretholdes et elektrisk felt, hvilken katode er udstyret med et for den eneste væskeformige fase permeabelt filtreringsmedium, hvorved der defineres en 25 katode-afdeling indeholdnede en katolyt, mens rummet mellem filtreringsmediet og anoden udgør behandlingszonen for suspensionen, hvorudfra overskuddet af suspensionen, bortledes ved en passende anordning, 30. forskydning af de faste partikler under indvirkning af et elektrisk felt, aflejring deraf i form af en kage på anodeoverfladen og udledning af kagen uden for behandlingszonen for suspensionen, 35. forskydning i modsat retning henimod katodeafdelingen af den flydende fase og filtrering deraf gennem filtreringsmediet under indvirkning af et undertryk samt bort- 26 DK 168326 B1 fjernelse deraf fra den nævnte afdeling, kendetegnet ved, at man med henblik på kontinuerligt og samtidigt at gennemføre en regelmæssig aflejring af den faste fase på anoden og en regelmæssig ekstraktion af den fly-5 dende fase med et vandudbytte mindst lig med 1, idet dette udbytte er defineret som forholdet mellem den mængde vand Q^, som gennemstrømmer det katodiske filtreringsmedium, og den teoretiske mængde vand QT, der er forskudt ved elektroosmose pr. tidsenhed, 10 a) udtager i katode-afdelingen en mængde Q3 katolyt pr. tidsenhed, idet er større end 2,5 QT, b) adskiller mængden i to fraktioner og Q2, idet er større end QT og Q2 er større end 1,5 QT, og borttager Ql' 15 c) kontinuerligt behandler fraktionen Q2 i en behandlingsanordning uden for elektrosepareringscellen ved hjælp af C02 gas, og d) kontinuerligt genindsprøjter den behandlede fraktion Q2 i katodeafdelingen for i katolyten at modificere for-20 holdet mellem tilstedeværende ioniske typer, og kan derved gøre katolyten egnet til en udledning til naturen.
3. 2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forholdet Q^iQ^ er mellem 1,01 og 1,5. 25
4. 3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at forholdet Q2/QT er mellem 4,0 og 8,0.
5. 4. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-3, k e n -30 detegnet ved, at man kontinuerligt måler pH i den udtagne fraktion Q^, og at indføringen af C02 gas styres af det målte pH og af det valgte fastlagte pH. 1 Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-4, k e n -35 detegnet ved, at man i katodeafdelingen gennem- 3 fører et partielt vacuum på mindst 6,5 x 10 Pascal, for- 3 3 trinsvis mellem 13 x 10 og 47 x 10 Pascal. DK 168326 Bl 27
6. 6. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-5, kendetegnet ved, at man ved indføring af et kationisk middel regulerer den specifikke modstand i den indførte suspension mellem 250 og 2500 Ω x cm, fortrinsvis mellem 5 500 og 1800 Ω x cm.
7. 7. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-6, kendetegnet ved, at det elektriske felt mellem de to elektroder har en værdi mellem 1 og 25 volt x cm , for- 10 trinsvis mellem 5 og 15 volt x cm
8. 8. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-7, kendetegnet ved, at strømtætheden er mellem 1 og 20 -2 -2 milliampere x cm , fortrinsvis 5-16 milliampere x cm 15
9. 9. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-8, kendetegnet ved, at forholdet Qg/QT er større end 5 og lig eller mindre end 9,5. 20 25 30 35