JP2554324B2 - スラリ−の脱水方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、スラリー脱水方法及び管状フィルタプレス
を使用している装置に関するものである。

従来の技術 一つの公知のスラリー脱水装置においては、脱水され
るべきスラリーが、低速度で硬い、多孔性管の中にくみ
出されるようになっている。スラリーの中の液体は、管
の壁の中の穴を通って外部へ浸出し、懸濁された固体
が、管の内側に形成され、固体の円柱形状の栓を形成
し、この栓が、入って来るスラリーにより管の上に加え
られる圧力の効果の下に、細長い「ソーセージ」の形状
で「押し出」される。その高度に締まった性質のため
に、「ソーセージ」は、容易には乾燥されることができ
ず、普通には、「ソーセージ」を破壊し、その比表面を
増加させることが必要である。このことは、明らかに、
望ましくないことである。

発明が解決しようとする問題点 高い生産高を有し、集積された固体の容易な除去及び
引き続く乾燥のための設備を有しているスラリー脱水方
法及び装置を得ることが、本発明の一つの目的である。

問題点を解決するための手段 本発明の一つの特徴は、ケーク沈殿段階及びケーク剥
離・除去手段を含み、ケーク沈殿段階が、脱水されるべ
きスラリーを多孔性管の中に、管の中に層流状態が優性
であるように且つスラリーの中の液体が、管を通って外
部へ浸透するように、また、スラリーの中の固体は、管
の内表面の上に環状のケークの層を形成するように、十
分な高圧でくみ出されることと、固体の沈殿を、形成さ
れたケーク層が、至るところで均一、又は、ほぼ均一で
あるように制御することとから成り立っており、また、
ケーキ剥離・除去段階が、予定されたケーク厚さが管の
内表面の上に沈殿した時には、圧力を増加させ、流速を
減少させることと、ケークを管の内表面からフレーク状
で剥離させることと、剥離されたケークを管の中を下流
へ輸送することとから成り立っている。

本発明の第二の特徴は、スラリーの脱水のための管状
フィルタを提供するものであるが、このフィルタは、少
なくとも１個の多孔性管と、脱水されるべきスラリーを
管の中に導入するための手段と、ケーク沈殿段階の間、
管の中におけるスラリーの流速を、層流状態が優性であ
り、スラリーの中の液体が、管を通って外部に浸出する
ため、また、スラリーの中の固体が、管の内表面の上に
ケークの環状の層を形成するように管の内表面の上に沈
殿されるために、管の中に十分に高い圧力を確立するた
めの手段と、管の内表面の上の固体の沈殿を、ケーク層
が至るところで均一、又は、ほぼ均一であるように制御
するための手段と、いったん、予定された厚さのケーク
が管の内表面の上に沈殿されると、管の中の圧力を減少
させ、管の中の流速を増加させるための手段と、ケーク
を管の内表面から、フレーク状で剥離させ、剥離された
ケークが、それから、管の下流へ、増加された流速によ
り輸送されるようにする手段とから成り立っている。

好適には、本発明方法及び装置は、また、剥離された
ケークを捕捉するため、すなわち、ケークを輸送する液
体から分離するための設備を含むことが望ましい。

実 施 例 本発明の過程においては、種々の段階がある。すなわ
ち、ケークの沈殿、ケークの剥離・除去、ケークの捕捉
である。

第１図は、ケークの沈殿を示すものである。

第１図を参照するに、脱水されるべきスラリー10は、
供給タンクの中に貯蔵されており、ポンプ12により矢印
14の方向に、略図により16で示された微細な穴を多数有
している多孔性のたわみ可能なフィルタ管の多数の平行
な組の中にくみ出される。戻り管22が、フィルタ管の下
流端部から延びているが、これは背圧弁47を含んでい
る。この弁47は、完全に閉塞されており、装置が袋小路
様式で作動をしているか、又は、わずかに開放され、管
を通って低速度の流れを許すかする。部分的に開放され
た弁の代わりに、流れ制限オリフィスが設けられること
もできる。

ケークの沈殿の間に、管の列の中に、層流状態でくみ
出されることが重要である。それ故、流れ速度は、極端
に低く、できれば、0.01〜0.05m/sに維持され、高い場
合でも0.1m/s程度に維持される。管16の中のスラリーの
圧力は、弁47の作用により高いレベルに維持され、典型
的には、50〜１、000kPaの範囲内にある。

ロ液は、第１図に矢印18により示されるように、フィ
ルタ管16の壁を貫いて外部に浸出する。固体は、管16の
内表面の上に集積し、ケーク層20を形成する。ケーク層
20が、それが形成される時に、できるだけ均一に維持さ
れることが重要である。一般的に、ケーク厚さは、至る
ところで、かなり均一である。なぜならば、管16の中に
は、低い流速のために、低い圧力こう配があるからであ
る。たとえ、管の一部分が比較的薄いケーク層を展開し
ても、浸透性が、対応してより高く、位置を矯正し、平
なケーク分布を回復する。

ケークの平坦性は、更に、周期的に、弁47を完全に、
短時間、典型的には、５〜10分ごとに５秒間開口するよ
うに開放することにより、促進されることができる。今
後、本明細書において、この「吹き出し」と呼ばれる技
術は、管の上流端部における過剰のケークの形成を阻止
する効果、ある管の中において、他の管の中におけるよ
りも、より多くのケークの形成されることの防止及びケ
ークの分布の均一化の効果を持っているものである。こ
の吹き出し技術は、装置の袋小路様式の作動において、
すなわち、弁47が正常に完全に閉塞されている間に使用
される。吹き出しの間、スラリーの速度は、典型的に
は、0.5〜2m/sまで増加される。

あるいは、弁47が、わずかに開放したままとされ、あ
るいは、制限オリフィスが設けられている場合には、戻
り管路22（第１図に示されている）を経るスラリーの低
い速度の循環が、均一なケークの沈殿を促進するのに十
分である。もう一度、低速の効果、すなわち、層流が、
管の上流端部における過剰のケークの形成を防止すべき
である。上述のように、ケークの沈殿が、できる限り均
一であることが重要である。均一でないケークの沈殿
は、固体の栓の形成を生じさせることがあり、この栓
は、移動させることが困難である。第１図のケークの沈
殿段階の間におけるケークの厚さは、連続的に監視さ
れ、また、沈殿段階は、通常、ケーク厚さが、管の内径
の約25％に到達した時に終了される。ケーク厚さの監視
の簡単な技術は、ケーク厚さと、ロ過割合との間には近
似的関係があるという仮定で、ロ過割合の監視を含んで
いる。ロ過割合は、例えば、貯蔵タンクの中のスラリー
の降下をレベルセンサなどを使用して観察することによ
り、監視されることができる。

いったん、ケークの沈殿段階が終了されると、ケーク
の剥離・除去段階が始められる。第２〜５図は、それぞ
れ、本発明の要旨内において考えられている異なったケ
ークの剥離・除去技術を示すものである。後に詳細に説
明されるこれらの技術のそれぞれにおいて、管の中の圧
力は、10kPaと100kPaとの間で減少され、流速は、1m/s
と3m/sとの間で増加されるが、使用される圧力と速度と
の正確な因子は、それぞれの移動技術、脱水されつつあ
る特殊なスラリー、剥離段階に生成されるケークのフレ
ークの性質に依存する。

第２図は、組の中の管の外表面に向けられる高圧流体
噴霧を使用する技術を示すものである。噴霧ノズルが、
管の長さに沿ってバルク流れの方向に動くヘッダ（図示
されていない）により支持されている。詳細には述べら
れないが、ヘッダをバルク流れの方向と反対方向に動か
すこともできる。一つの実施例においては、噴霧は、60
゜と80゜との間の噴霧角度及び1mmのノズル開口を有す
る水噴霧であり、1Mpaと5Mpaとの間で作動をし、管から
約10mmの距離において2 /minから3 /minの流速の水
で作動される。

第２図の場合には、管の内圧は、低く、典型的には、
約10kPaであるべきである。流体噴霧は、管をある程度
変形させる効果を有しており、集積されたケークを管の
内表面から剥離させる。小さなフレークの形状で剥離さ
れたケークは、管の中のバルク流れにより、下流へ輸送
される。

第３図は、ケークが、管をほとんど閉塞するようにつ
まむように選択された間隔の対向するローラ26を使用し
て剥離される。この結果、つままれた区域の中に高流速
の局部化された区域が生じ、また、ローラの箇所及びそ
の下流における管の変形である。つままれた区域により
生成されるベンチュリ効果が、管の中に、ローラのすぐ
下流に低圧を生成させる。ケークは、管の内表面から吸
引して剥離され、バルク流れにより、下流に輸送され
る。つままれた区域における圧力低下は、ケークの剥離
を助けるために、管の壁を貫いて周囲空気を内方へ吸引
するのに十分である。

たとえ、ローラの間隔が、管の中に意味のある圧力低
下を生成するために十分に小さくなくとも、局部的な管
の変形及び結果として生ずる増加された流速が、ケーク
が剥離するのに十分であり得る。

ローラは、円形である必要は無いこと、管のつまみ
が、管の対向する側に加えられる他の非円形体によって
達成されることもできることに注意されたい。

第４図に示された技術は、第３図のものとは、剥離さ
れたケークを管の下流に輸送するのはバルクスラリーの
流れでは無く、タンク48からポンプ50によりくみ出され
た処理ロ液の流れによる点において、相違している。何
らかの他の適当な液体が、処理ロ液の代わりに、ケーク
を移動させるために使用されることもできることに、注
意されたい。

第５図においては、この場合には、組の中の管をバル
クの流れの方向に針金54で送られたボビン52により生成
される減少された圧力の区域がある。ボビン52は、管の
内径よりも、わずかに、より小さな直径を有している。
流れに利用可能な横断面の減少は、速度増加及び圧力減
少を生じさせる。図示された場合には、管はたわみ可能
な管であり、管は、ボビン52のすぐ下流において、わず
かに変形する。管変形と、圧力減少との組み合わせ効果
が、ケークを管の壁から、バルク流れにより下流へ輸送
するために剥離させる。

第５図の技術は、また、管がたわみ可能では無い場合
にも使用され、ボビンが、依然として、ケークを移動さ
せる圧力減少を生じさせることのできることを理解され
たい。従って、第５図の技術は、また、ケークを硬い、
多孔性の管からの剥離にも応用可能である。

ケークをたわみ可能な管から剥離させるための他の技
術は、管の中の流れの急速な脈動をも含むものである。
管が全部の流れを受ける時は、管は、以下に第６及び７
図に関して説明されるように、円形状を有する。しかし
ながら、若しも、流れが、停止され、又は、減少される
ならば、管は、管が含んでいるスラリーの重量の下に変
形し、この変形が、ケークを管の内壁から剥離させ、バ
ルク流れの中に下流に輸送する。

第２図の技術が、ケークの剥離のために、上述の他の
技術と一緒に使用されることのできることに注目された
い。

本発明の重要な利点は、ケークが管の壁から、固体の
栓に抗して細かいフレークの形状で移動されるという事
実である。本発明の典型的な応用においては、フレーク
は、３×10×5mmの寸法を有しているが、この寸法は、
無論、スラリーの中に懸濁されている固体の実際の特性
に依存する。ケークがフレークの形状で移動されるとい
う事実は、ケーク捕捉段階の後のケークの乾燥を容易と
させる。

管の壁から剥離され、管から除去されたケークは、過
程のケークの捕捉段階の間に捕捉される。第２及び３図
は、どのように、バルク流れが、この段階の間に、管28
に沿って、ロ過装置30へ戻されるかを示すものである
が、装置30は、網スクリーン32を含んでいる。スクリー
ン32は、供給タンクの上方に置かれており、脱水された
ケークはスクリーン32の上に集められ、一方、ロ液はそ
れを通って供給タンクの中に入る。なお、網目の大きさ
は、典型的には、約1mmである。

第４図は、変形のケーク収集系統を示すものである
が、この系統においては、ローラ58の回りを通過する穴
あき無端ベルト56があり、同行されたケークを有するバ
ルク流れがベルト56の上に流され、ロ液は、前に述べら
れたタンク48の中に通る。脱水されたケークそれ自体
は、適当な排出及び集積点まで輸送される。

図示されていない他のケーク捕捉系統は、流体サイク
ローン、遠心分離機、重力沈殿タンクの使用を含むこと
ができる。

さて、第６、７及び８図を参照するが、これらは、た
わみ可能な管の組の典型を示すものである。たわみ可能
な材料の薄板34及び36が、縫い、接合、又は、波付けに
より、間隔を置かれた箇所38でつなぎ合わされる。薄板
のたわみ性は、作動の間にスラリーを充てんされる時
に、薄板が、第７図に見られる形状を取り、円形横断面
の平行な、たわみ可能な管40の列あるいはカーテンを形
成することを可能とさせる。第８図は、どのようにし
て、管40の列、又は、カーテンが、端部を固定構造物
（図示されていない）により支持されている水平レール
42から垂直に懸垂されることができるかを示すものであ
る。第８図は、また、管端部に連結されている上流及び
下流のマニホルド44及び46を示すものである。

典型的には、管は、20mmと40mmとの間の直径を持ち、
また、管の組は、第６図に示されるように、平らな薄板
34及び36につなぎ合わせる代わりに、一連の独立の管を
相互に固着することにより形成されることもできること
を理解されたい。

更に、本発明は、また、他の管と組に組み合わされる
こと無しに、単に１本の管に対しても応用可能である。

多くの種類の異なった天然材料及び合成材料の任意の
一つが、管、又は、薄板34及び36のために使用されるこ
とができる。

上述の方法及び装置は、水酸化アルミニウム、石灰、
高分子電解質及び飲用に適した水の生産から生じた高分
子電解質／ベントナイトのスラリー及びカオリナイトス
ラリーの脱水のような多くの種類の応用に使用されるこ
とができるものである。また、本発明方法及び装置は、
冶金及び鉱物回収作業から生ずる冶金スラリーの脱水に
有効に使用することが可能である。しかしながら、本発
明は、その応用を、懸濁されている固体が凝集性を有し
ているスラリーへの応用に限定されることを理解された
い。凝集性を有していない海砂のような固体は、管の壁
の上にケークを形成しない。

例１ この例においては、原型のプラントが、高分子電解質
／ベントナイト／地下水と、有機物質とから成り立って
いるスラリーの脱水のために使用された。管の組は、10
mの長さ及び25mmの直径の20本の管を形成するために、
8.5mmの幅の継ぎ目を有して一緒につなぎ合わされたポ
リエステルの多重繊維板から形成された。１組ごとの全
ロ過面積は、15.7m²であった。吹き出し技術が、沈殿段
階の間に使用された。ケークの剥離、又は、除去段階の
間、ローラ、又は、水噴霧が使用された。剥離されたケ
ークは、管の中を、第４図に示されたような処理ロ液に
より輸送され、ケークは、図に示されるような様式で、
穴あきベルトの上において捕捉された。

５個の別個の結果が、表に示されている。

この例は、高い生産高が得られ、また、管内壁からの
ケークの剥離及び除去が、成功であったことを示してい
る。

例２ この例においては、原型のプラントが、飲用水を生成
するてめに地下水の処理から生じた水酸化アルミニウム
／高分子電解質の河川の沈泥スラリーを脱水するために
構成された。フィルタの組は、例１に使用されたそれと
同一であった。ケークの沈殿段階の間におけるケークの
均一性の制御は、第１図に示された様式でスラリーを再
循環させることにより制御された。ケークの剥離は、第
一対のローラと、第一対からやや下流の第二対のローラ
とから成り立っている二重ローラ装置を使用することに
より達成された。第一対のローラは、33.4mmの直径を有
しており、また、第二対のローラのそれは、21.3mmであ
った。ローラにより生成された内部間隔は、第一対の場
合には2mmであり、第二対の場合には、5mmであった。

ケークは、1mmの正方形の編み目のスクリーンを使用
して捕捉された。

15g/の供給スラリーで、0.05m/sと、0.1m/sとの間
のスラリー再循環速度及び1.5m/sのケーク輸送速度、良
好なケーク分布、良好なケークの剥離及び除去が、ケー
クが5mmまでの厚さを達成した時に得られた。

捕捉されたケークが、フレーク状であった事実の他
に、本発明は、ソーセージ、又は、ケークの固体栓が管
の中に形成される前に言及した従来の系統に比べた時
に、他の利点が得られた。本発明により、形成されたケ
ーク層が、比較的薄く、従って、高い浸透割合を示し
た。公知の系統においては、固体栓が、ロ過割合に悪い
影響を与えた。その上、公知の系統において形成された
栓は、管から除去するのに極端に困難であったが、本発
明によるケークの剥離は、比較的簡単な装置により達成
された。また、本発明により提案されたケークの移動の
制御は、性質が簡単であり、マニホルド、又は、他の管
組は必要としない。

発明の効果 本発明は、上記のような構成及び作用を有しているの
で、高い生産高を有し、また、集積された固体の除去及
び引き続く乾燥が容易であるスラリーの脱水方法及び装
置を提供するという効果を発揮するものであることは、
明白なところでる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の１実施例をケーク形成モ
ードで示す略図、第２図は、噴霧によりケーク剥離の状
態で示す略図、第３図は、外部ローラによりケークの剥
離の状態を示す略図、第４図は、ケーク捕捉のための系
統を示す略図、第５図は、内部ボビンを使用するケーク
の剥離を示す略図、第６及び７図は、フィルタ管の組
を、それぞれ、非作動状態及び作動状態で示す略図、第
８図は、第６及び７図の管の組が、どのようにして懸垂
されるかを示す略図である。 10……スラリー;16……多孔性管;20……ケーク層;24…
…高圧流体噴霧;26……ローラ;32……スクリーン;34,36
……薄板;47……背圧弁;48……タンク;52……ボビン;56
……穴あきベルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストファー・アンドルー・バックレ ー 南アフリカ共和国、ネイタル、ダーバ ン、ウエストリッジ、エセックス・グロ ーヴ 49 (56)参考文献 特開 昭57−113814（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−138596（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−10996（ＪＰ，Ｕ)

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体中に懸濁された結集力を有する固体粒
   子のスラリーの脱水方法において、 （ａ）ケーク沈殿段階が、脱水されるべきスラリーを多
   孔性管の中に、スラリーの中の液体が管から外側へ透過
   するような十分に高い圧力で汲み込むこと、スラリーの
   中の固体粒子が管の内表面に結集して環状ケーク層を形
   成することが管の内表面で連続的に行われること、外側
   に透過する液体の割合が連続的に減少して固体粒子の沈
   澱を制御し、それによって形成されるケーク層が管の全
   長にわたって、均一またはほぼ均一にされること、管の
   内表面に所定の厚さのケークが形成されるまでこのケー
   ク沈澱段階を続けることとからなり、 （ｂ）予定されたケーク厚さが管の内表面に形成された
   後に行われるケーク剥離・除去段階が、管内の圧力を減
   少させ、流速を増加させること、圧力の減少ゾーンを局
   部的につくり、結集している固体粒子のケーク層をフレ
   ーク状として管の内表面から分離するのに十分なよう
   に、実質的に管の長さの一端から他端までその局部的ゾ
   ーンを移動させること、そして、除去されたフレーク状
   のケークを下流に運び管から放出するように管内を流れ
   ることを許容することとからなることを特徴とする脱水
   方法。
2. 【請求項２】管がたわみ可能であり、管に局部的な内方
   への変形を与えることによって、ケーク層をフレーク状
   として管の内表面から剥離し、それによって、そこに局
   部的なベンチュリ効果をつくり、局部的な内方への変形
   が管に沿って移動させられることを特徴とする請求項１
   記載の脱水方法。
3. 【請求項３】管の局部的な内方への変形が、ある局部的
   な区域に対する外部流体の噴霧の加える手段により管に
   加えられることを特徴とする請求項２記載の脱水方法。
4. 【請求項４】管の局部的な変形が、管を外側からつまむ
   手段によって管に加えられることを特徴とする請求項２
   記載の脱水方法。
5. 【請求項５】管が柔軟かまたは剛性であり、管に管の直
   径より小さい直径のボビンを通すことによって、ケーク
   層をフレーク状として管の内表面から剥離することを特
   徴とする請求項１記載の脱水方法。
6. 【請求項６】固体粒子の沈澱を、ケーク沈澱段階の際
   に、管の下流端部からスラリーを周期的に吹き出すこと
   により制御することを特徴とする請求項１記載の脱水方
   法。
7. 【請求項７】固体粒子の沈澱を、ケーク沈澱段階の際
   に、管の中を0.01〜0.1m/sの低速度でスラリーを再循環
   させるさせることにより制御することを特徴とする請求
   項１記載の脱水方法。
8. 【請求項８】ケーク沈澱段階の際に、管の下流の弁が閉
   じられるかまたは下流の流れが制限される流れの障害モ
   ードで操作されることを特徴とする請求項１記載の脱水
   方法。
9. 【請求項９】スラリーを脱水するための管状フィルタプ
   レス脱水装置において、 （ａ）少なくとも１個の多孔性管と、 （ｂ）脱水されるべきスラリーを管の中に導入させるた
   の手段と、ケーク沈殿段階の間に管の中のスラリーの流
   速を層流状態が優性であるように制御するため及び管の
   中においてスラリーの中の液体が管の外側へ透過するよ
   うに十分に高い圧力を確立するため、さらにスラリーの
   中の固体が管の内表面に結集性のケークの環状の層を形
   成できるようにスラリーの固体粒子を沈澱するための、
   スラリーを管中に汲み込むポンプ手段を有し、それによ
   って、ケークが形成される時の液体の外側への透過割合
   が連続的に減少するところのスラリーの層流を提供する
   ための手段と、 （ｃ）管の内表面への固体粒子の沈澱を制御し、ケーク
   層を管に沿って均一またはほぼ均一に形成するための手
   段と、 （ｄ）管の内表面にケークの予定の厚さが形成された後
   に、管内の圧力を減少し、流速を増加するように操作で
   きる手段と、そして （ｅ）その後、管内にさらに減圧された局部的ゾーンを
   つくるために、結集性の固体粒子からなるケーク層をフ
   レーク状として管の内表面から剥離するのに十分な局部
   的ゾーンを実質的に管の一端から他端までその長さに沿
   って移動させ、剥離されたフレーク状のケークを管の下
   流へ運び出させる手段とからなる、液体中に懸濁された
   固体粒子のスラリーを脱水するための手段からなる脱水
   装置。
10. 【請求項１０】管内にさらに減圧された局部的ゾーンを
    つくる手段が管に対して局部的な内方への変形を加える
    手段からなることを特徴とする請求項９記載の管状フイ
    ルタプレス脱水装置。
11. 【請求項１１】管が柔軟であり、管に対して局部的な内
    方への変形を加える手段が管の外部表面を指向する外か
    らの液体噴霧器からなることを特徴とする請求項10記載
    の管状フィルタプレス脱水装置。
12. 【請求項１２】管が柔軟であり、管に対して局部的な内
    方への変形を加える手段が管に対して局部的なつまみ作
    用を加える手段からなることを特徴とする請求項10記載
    の管状フィルタプレス脱水装置。
13. 【請求項１３】管内にさらに減圧された局部的ゾーンを
    つくるための手段が、管の内径より小さい外径を有し、
    管の中を通過できるボビンからなることを特徴とする請
    求項９記載の管状フィルタプレス脱水装置。
14. 【請求項１４】管の内表面への固体粒子の沈殿を制御す
    る手段が、管の下流の弁または流れの制限手段からなる
    ことを特徴とする請求項９記載の管状フィルタプレス脱
    水装置。