SE427157B - Forfarande for avvattning av en lersuspension genom tryckfiltrering - Google Patents

Description

15 20 25 30 7804133-1 2 medel har en ovanlig partikelstorleksfördelning, enär det innehåller avsevärt färre mycket små partiklar än ett kon- ventionellt kaolinfyllmedel. Vid framställning av ett dylikt 'kaolinfyllmedel bildas en vattensuspension av kaolinfyll- medlet, och det är lämpligt att avsluta framställningen av kaolinfyllmedlet genom att avvattna vattensuspensionen för att sänka fyllmedlets vattenhalt under 25 viktprocent, företrädesvis under 10 viktprocent.

Vid avvattning av vattensuspensionen av kaolin- fyllmedlet måste man så långt möjligt förhindra bildning av fina partiklar genom delning eller brytning av grövre partiklar. Avvattningen utföres därför företrädesvis genom tryckfiltrering vid ett tryck över 10,5 kp/cm2. Om värme- torkning utföres efter tryckfiltreringen, bör det mekaniska arbetet på materialet i värmetorkningssteget vara så ringa som möjligt och materialets yttemperatur vara högst 120OC.

I praktiken har det tyvärr icke varit möjligt att helt eliminera fina partiklar i kaolinfyllmedlet och icke heller att fullständigt förhindra bildning av sådana fina partiklar vid avvattningen av vattensuspensionen eller vid andra steg av framställningen av kaolinfyllmedlet.

Det har visat sig, att när en vattensuspension av ett lerfyllmedel (t.ex. ovan beskrivna kaolinfyllmedel), som är väsentligen, men icke fullständigt fritt från fina par- tiklar, avvattnas i ett tryckfilter, cykeltiden (d.v.s. den totala tid, som erfordras för att tryckfiltret skall utföra alla nödvändiga operationer för bildning, avvattning och uttagning av en filterkaka) ökar progressivt. Vid använd- ning av en sådan rörfilterpress som anges i brittiska patent- skriften 1 240 465, kan cykeltiden öka från omkring 4 minuter med en ny filterduk till omkring 15 minuter, vid vilket värde hastigheten för framställning av filterkakan anses vara otillâtligt låg. Det antal cykler, som kan utföras i en rörfilterpress, innan cykeltíden når detta otillåtligt höga värde, varierar mellan omkring 100 och 1 000, men för ekonomisk drift: av en sådan filterpress erfordras att filterduken kan användas mycket längre. Liknande problem 10 15 20 25 30 35 7804138-1 3 kan uppstå vid andra slags filterpressar.

Det har nu visat sig, att ökningen av cykeltiden orsakas av att fina partiklar trängeriâli håligheterna mel- lan fibrerna i filterduken. Man kan vid framställning av lerfyllmedel visserligen tillse, att mängden fina partik- lar blir så liten som möjligt, men det är icke möjligt att eliminera samtliga fina partiklar och ett fåtal fina par- tiklar förekommer alltid. Det har visat sig, att dessa få fina partiklar icke lätt bindes vid de grövre partiklarna medelst ett konventionellt flockningsmedel (såsom är fal- let vid ett konventionellt kaolínfyllmedel med en större andel fina partiklar), varför de kan tränga in í filter- dukens porer.

Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för avvattning medelst tryckfiltrering av en vattensuspension av en lera med en sådan partikelstorleksfördelning, att den innehåller 1 - 20 viktprocent partiklar med en ekvivalent sfärisk diameter under 1 um, vilket kännetecknas av att vattensuspensionen av leran före avvattning genom tryck- filtrering vid ett tryck över 10,5 kp/cmz behandlas med ett vattenlösligt polyelektrolytflockningsmedel med en hög täthet av positiva laddningar.

Det antas, att den positiva laddningstätheten för det vattenlösliga flockningsmedlet, mätt såsom totala an- talet positiva laddningar per molekyl delat med flocknings- medlets molekylvikt, lämpligen bör vara över omkring 0,001 och att molekylen lämpligen icke bör innehålla grupper med negativa laddningar eller negativ polaritet (t.ex. karboxyl- eller karbonylgrupper), som skulle motverka de positiva laddningarna.

De flockningsmedel, som lämpligen användes i för- farandet enligt uppfinningen, utgöres av polyelektrolyter innehållande kvaternära kväveatomer i polymerkedjan. De föredragna flockningsmedlen kan erhållas genom sampolymeri- sering av epíklorhydrin och en alifatisk sekundär amin.

Dessa flockningsmedel har upprepade enheter, som kan åter- ger med formeln 10 15 20 25 30 K 35 78041385-1 OH CH CH CH R', som kan vara lika eller olika, betyder väteatom eller metyl- eller etylgrupp och X I, HSOH eller CH3S0u. Dessa sampolymerer har vari R och vardera en är Cl, Br, allmänt en positiv laddníngstäthet av 0,000 - 0,009, van- ligen 0,006 - 0,008. Det är troligt, att molekylvikten hos sådana polyelektrolytiska flockningsmedel är betydelse- full, och sampolymerer med ovanstående formel och molekyl- vikter (mätta med förfarandet med Ostwaldviskometer) av omkring 50 000 - 300 000 har visat sig vara mycket lämp- liga. Den erforderliga mängden flockningsmedel är 0,01 - 0,3 viktprocent, räknat på torr lera. Om mer än den maxi- mala angivna mängden tillsättes, kan leran bli så mättad med positiva laddningar, att den ånyo avflockas genom ömsesidig repulsion av de positiva laddningarna.

I vissa fall kan det vara lämpligt att använda aluminiumsulfat tillsammans med polyelektrolytflocknings- medlet, förutsatt att vattensuspensionens pH-värde är om- kring 5,0 - 5,5. Aluminiumsulfat Al2(S0u)3'18H20 har en positiv laddningstäthet av 0,001.

Pörfarandet är särskilt lämpligt vid avvattning genom tryckfiltrering vid ett tryck över 17,5 kp/cm2, all- mänt i en rörfilterpress av den i den brittiska patentskrift- en 1 240 #65 angivna typen, av vita kaolinleror med sådan partikelstorleksfördelning, att de innehåller högst 18 vikt- procent partiklar med en ekvívalent sfärisk diameter under 2 um och högst 15 viktprocent partiklar med en ekvívalent sfärisk diameter under 1 um.

Uppfinningen belyses av följande exempel.

Exempel 1 En vattensuspension innehållande 27 viktprocent kaolinlera med sådan partikelstorleksfördelning, att 9 vikt- 10 15 20 25 30 35 7804138-1 5 procent bestod av partiklar med en ekvivalent sfärisk dia- meter under 1 um, behandlades med 0,1 %,räknat på vikten torr kaolinlera, av en 50-procentig vattenlösning av en polymer med den upprepade enheten clzng zïH N* C112 cs C212 | oi C113 en positiv laddningstäthet av omkring 0,0073 och en mole- kylvíkt av 200 000 - 300 000 för flockning av kaolinleran.

Suspensionen av flockad lera fördes till en rörfilterpress av den typ, som anges i brittiska patentskriften 1 240 465, och ett stort antal cykler genomfördes; produktionen av filterkaka i kg/h mättes med intervall. Filterelementet i rörfilterpressen utgjordes av en 275 g/m2 nylonfilterduk med en stödduk av "Terylene"-filt. Suspensionens pH-värde var konstant u,3 och under omkring de första 2000 cyklerna var det maximala hydrauliska vätsketrycket 105 kp/cmz, under nästföljande 0 500 cykler 77 kp/cm2 och under resterande cykler ånyo 105 kp/cmz. Vid början av cykelföljden, då filterduken var ny, var produktionen av filterkaka 186 kg/h och höll sig väsentligen vid denna nivå tills ungefär 8 S00 cykler hade avslutats, varpå produktionen började sjunka och nådde 145 kg/h efter 11 300 cykler, då försöket avbröts.

För jämförelse genomfördes ett försök under samma betingel- ser men utan flockningsmedel i kaolinsuspensionen. Vid för- sökets början, då duken var ny, var produktionen av filter- kaka 295 kg/h, men den sjönk snabbt till 82 kg/h efter 1000 cykler.

Exempel 2 En vattensuspension innehållande 27 viktprocent kaolinlera av samma typ som i exempel 1 behandlades med 0,015 %, räknat på vikten torr kaolin, av en katjonisk sam- polymer, som erhållits genom hydrolys av omkring 10 % av de upprepade enheterna i en polyakrylamid till akrylsyra med efterföljande förestring av akrylsyragrupperna med en ali- 10 15 20 25 30 35 7804138-1 6 fatisk alkohol innehållande en kvaternär ammoniumgrupp.

De förestrade akrylsyragrupperna hade följande struktur: W cH ca ' I 2 cl' c=o |cH3 1' + . ocnzcnz 1:1 -- ons ens Sampolymerens positiva laddningstäthet var omkring 0,0012 och molekylvikten omkring 5 000 000. Den flockade suspensionen fördes till samma rörfilterpress med samma duk som i exempel 1, och förändringen av produk- tionshastigheten för filterkaka i förhållande till antalet erhållna genomförda cykler noterades. Suspensionens pH-värde förblev konstant omkring 3,0 och det maximala använda hydrauliska vätsketrycket var 105 kp/cmz. Då filterduken var ny, var produktionen av filterkaka 272 kg/h, men den sjönk först stadigt till 182 kg/h efter 750 cykler, varpå den var väsent- ligen konstant vid denna nivå tills filterduken plötsligt gick sönder efter 2 300 cykler, möjligen beroende på det erforderliga låga pH-värdet.

Exempel 3 En vattensuspension innehållande 26 viktprocent kaolin av samma slag som i exempel 1 behandlades med en till- räcklig mängd aluminiumsulfat för att ge 0,6 mg aluminium per gram kaolin, en tillräcklig mängd natriumkarbonat för att höja pH till 5,5 och 0,015 % räknat på vikten torr kaolin, av samma sampolymer som i exempel 2 för att flocka kaolinleran.

Den flockade suspensionen fördes till samma rör- filterpress med samma filterduk som i exempel 1, och för- ändringen i produktionen av filterkaka i förhållande till antalet genomförda cykler noterades. Suspensionens pH- värde varierade mellan 5,0 och 6,0, och det högsta använda hydrauliska vätsketrycket var 105 kp/cmz. Då filterduken var ny, var produktionen 27U kg/h, men den sjönk stadigt till 182 kg/h efter 1 500 cykler, varpå den förblev väsentligen 10 15 25 30 35 78011-138-1 7 konstant vid denna nivå, tills 2 900 cykler hade genom- förts, då försöket avbröts.

Exempel u En kaolinlera av samma slag som i exempel 1 form- ades till en vattensuspension med 12 viktprocent torrhalt.

Prov av denna suspension med volymen 15,7 ml (d.v.s. inne- hållande 2,0 g torr kaolinlera) anbringades i provrör, och till varje provrör sattes en viss mängd av det polymera flockningsmedlet enligt exempel 1. Innehållet i varje prov- rör blandades genom att provrörets mynning täcktes och prov- röret snabbt vändes flera gånger. Flockningsmedlet sattes till provrören såsom en lösning innehållande 0,1 viktpro- cent polymer genom en 1 ml pipett, som var graderad i 0,01 ml. Sedan innehållet hade blandats, fick varje provrör stå 30 timmar, varpå volymen flock bestämdes för varje provrör genom mätning av höjden för gränsytan mellan flocken och överskiktad vätska över rörbottnen. En stor volym flock antyder en bildning av stora, starka, öppna aggregat, som lämpar sig särskilt väl för högtrycksfiltrering. Vätskans klarhet bedömdes även. De erhållna resultaten anges i nedan- stående tabell.

Tillsatt flock- Flockdjup ningsmedel mm Klarhet ___._i_______ ________ 0 23 Grumlig 0,05 33 " 0,01 38 Något grumlig 0,02 42 Mycket svagt grumlig 0,03 07 " " " 0,01» 00,5 " " " 0,05 54 Klar 0,06 su " 0,07 se " 0,00 se " 0,09 ss " 0,1 61,5 " 0,2 59,0 " 0,3 50 Mycket svagt grumlig 0,5 H5 Grumlig 7804138-1 8 I rörfilterpressen visade det sig, att duken till- täpptes mycket snabbt, när man försökte avvattna en suspen- sion av kaolinlera, som innehöll mindre än 0,01 eller mer än 0,3 % flockningsmedel. Optimala resultat nåddes med detta flockningsmedel, när den använda mängden var 0,05 - 0,25 % flockníngsmedel, räknat på torr kaolinlera.

Claims (8)

1. 0 15 20 25 30 78014138-1 9 PATENTKRAV l. Förfarande för avvattning genom tryckfiltrering vid ett tryck över 10,5 kp/cmz av en vattensuspension av en lera med en sådan partikelstorleksfördelning, att den innehåller l - 20 viktprocent partiklar med en ekvivalent sfärisk dia- meter under l um, k ä n n e t e c k n a t av att vatten- suspensionen av leran före avvattningen behandlas med ett vattenlösligt polyelektrolytflockningsmedel med en täthet av positiva laddningar, mätt som totala antalet positiva ladd- ningar per molekyl delat med flockningsmedlets molekylvikt, över 0,001.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, t e c k n a t av att det vattenlösliga polyelektrolytflock- ningsmedlet är fritt från grupper med negativa laddningar eller negativ polaritet.

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, t e c k n a t av att det vattenlösliga polyelektrolytflock- ningsmedlet innehåller kvaternära kväveatomer i polymerkedjan. k ä n n e - k ä n n e - k ä n n e -

4. Förfarande enligt patentkravet 3, t e c k n a t av att flockningsmedlet är en genom sampoly- merisation av epiklorhydrin och en alifatisk sekundär amin framställd polymer med upprepade enheter, som kan återges med formeln 1 R - on í l | * m* cH2 cH C112 / Rl X- vari R och Rl, som kan vara lika eller olika, betyder vardera en väteatom eller metyl- eller etylgrupp och X är Cl, Br, I, HSO4 eller CH3SO4. _

5. Förfarande enligt patentkravet 3 eller 4, k ä n n e - t e c k n a t av att polymerens molekylvikt är 50 000- 300 000 (mätt enligt förfarandet med Ostwaldviskometer).

6. Förfarande enligt patentkravet 4 eller 5, t e c k n a t av att den använda mängden flockningsmedel är 0,01 - 0,3 %, räknat på vikten torr lera. k ä n n e - 7804138-1 10

7. Förfarande enligt patentkravet 6, k ä n n e - t e c k n a t av att den använda mängden flockningsmedel är 0,05 - 0,25 %, räknat på vikten torr lera.

8. gFörfarande enligt något av patentkraven l - 6, 5 k ä n n e t e c k n a t av att leran är en vit kaolinlera innehållande högst 18 viktprocent partiklar under 2 um i ekvi- valent sfärisk diameter och högst 15 viktprocent partiklar under l um i ekvivalent sfärisk diameter och att vattensuspen- sionen av denna kaolinlera avvattnas vid ett tryck över 10 17,5 kp/cmz.