Отстойник для осветления суспензий

Изобретение относится к оборудованию гидрометаллургических производств и может быть использовано для разделения суспензий в том случае, когда одновременно с процессом разделения суспензии происходит процесс образования пены, например, на алюминиевых заводах в цехах и отделениях по производству вторичного криолита. Изобретение позволяет повысить технико-экономические показатели процесса осветления многокомпонентных суспензий за счет эффективного выделения из твердой фракции легко всплывающей мелкодисперсной фракции, обогащенной угольными частицами. Отстойник включает корпус, загрузочное устройство для подачи суспензии, состоящее из растворопровода и питающего стакана, устройство для слива осветленного раствора и устройство для сбора и удаления пенного продукта, а также гребковое устройство для удаления осадка. Устройство для сбора пенного продукта установлено в верхней части питающего стакана соосно с ним и выполнено в виде переливного порога, снабженного кольцевым желобом. Кольцевой желоб оснащен устройством для удаления пены, состоящим из наклонного пенопровода и лопаток, расположенных в кольцевом желобе и жестко закрепленных на валу отстойника. Переливной порог выполнен с возможностью регулирования его высоты. Загрузочное устройство снабжено пенообразующей решеткой, аэратором, подогревателем суспензии, дозатором флотореагента. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к оборудованию гидрометаллургических производств и может быть использовано для разделения суспензий в наиболее сложном случае, встречающемся в промышленной практике, когда одновременно с процессом разделения суспензии происходит процесс образования пены, например, на алюминиевых заводах в цехах и отделениях по производству вторичного криолита.

Как правило, отстойники предназначены для периодического или непрерывного осаждения и уплотнения взвешенных частиц из суспензий. Под действием гравитационных сил взвешенные частицы, благодаря их большей плотности, чем у жидкой фазы, оседают на дно отстойника, вытесняя из нижних слоев жидкую фазу. В результате верхний слой жидкости в отстойнике становится свободным от взвешенных частиц.

В ряде отраслей промышленности встречаются гетерофазные системы, содержащие твердые частицы с удельным весом как больше, так и меньше плотности жидкой фазы. В таких гетерофазных системах процессы осаждения и флотации происходят одновременно. И только при обеспечении одновременной высокой эффективности обоих процессов получают достаточно высокую степень осветления рабочего раствора.

Известны различные конструкции отстойников.

Так известен "Радиальный сгуститель" по а.с. СССР №1476663 (В 01 D 21/08 от 30.04.87 г.).

Радиальный сгуститель состоит из цилиндрического корпуса, загрузочного устройства, гребкого механизма, приспособлений для вывода осадка и осветленного раствора, узла ввода реагента, выполненного в виде кольцевого желоба, имеющего отвод с гребенкой на конце. Реагент (коагулянт или флокулянт) подается в кольцевой желоб для интенсификации осаждения мелкодисперсной фракции в зоне восходящего потока вблизи периметра слива.

Данная конструкция сгустителя позволяет осветлять растворы только за счет перевода твердых включений в осадок. Но, в случае переработки суспензий, содержащих легко всплывающую фракцию (например, угольные мелкие частицы) данный сгуститель малоэффективен.

Для таких суспензий известен "Вертикальный отстойник" по а.с. СССР №1327338 (В 01 D 21/02, 1985 г.), который включает конический корпус, распределитель исходной суспензии в виде вертикальных труб, устройства для вывода осадка, осветленного раствора, пенного продукта, причем в устройстве для удаления пенного продукта предусмотрено автоматическое импульсное удаление пены. В данном отстойнике продукт флотации мелкодисперсных твердых частиц (пена) всплывает на поверхность осветляемого раствора в периферийной части отстойника и стекает с поверхности осветляемого раствора в кольцевой пеносборник с наклонным днищем.

Практическое применение данного отстойника весьма затруднительно по следующим причинам:

- сложность общего конструктивного решения;

- сложна в конструктивном исполнении и ненадежна в эксплуатации система автоматики, основанная на процессах гидравлики;

- процесс флотации легкой фракции осуществляется в общем объеме аппарата, что не исключает попадание определенного количества твердых частиц в осветленный раствор.

По технической сущности и конструктивному решению наиболее близким является "Отстойник" по а.с. СССР №582807, В 01 D 21/06, 1972 г.), выбранный за прототип.

Отстойник состоит из корпуса, гребкового устройства для сгребания твердого осадка, распределителя исходной суспензии устройства для слива осветленной суспензии, нижней центральной горловины для выгрузки твердого осадка и устройства для отвода пены, снабженного наклонной кольцевой перегородкой, размещенной в верхней части корпуса.

Конструктивно отстойник по прототипу достаточно прост, задача отвода и гашения пены решена, но не лучшим образом:

- во-первых, через вертикальный распределитель исходной суспензии вся твердая фракция подается в центральную часть аппарата и в этой зоне происходит ее разделение на осадок и легкую (всплывающую) фракцию. В этом случае, в условиях значительной турбулизации суспензии в зоне разделения, попадание легкой фракции в осветленный раствор вполне вероятно, а значит добиться высокой степени осветления раствора практически невозможно;

- во-вторых, устройство для сбора и удаления пены, расположенное по периферии аппарата, малоэффективно, так как пузырьки воздуха, содержащиеся в суспензии и по мнению авторов, стремящиеся всплыть на поверхность, увлекая мелкодисперсную легкую фракцию, в данном случае встречают значительное гидравлическое сопротивление за счет формирования в объеме аппарата радиальных вращающихся потоков, что также снижает степень осветления растворов;

- в-третьих, в данной конструкции верхняя кромка кольцевой перегородки расположена на уровне верхней кромки сливного порога, что в условиях промышленного использования создает условия для образования пенного затвора в кольцевой перегородке и снижения степени осветления раствора.

Задачей предполагаемого изобретения является повышение технико-экономических показателей процесса осветления многокомпонентных суспензий.

Техническим результатом внедрения предлагаемого отстойника является получение рабочего раствора высокой степени осветления, эффективное выделение из твердой фракции легко всплывающей мелкодисперсной фракции, обогащенной угольными частицами, что упрощает дальнейшую переработку углеродсодержащих отходов.

Поставленная задача достигается тем, что в отстойнике для осветления суспензий, включающем корпус, загрузочное устройство для подачи суспензии, состоящее из растворопровода и питающего стакана, устройство для слива осветленного раствора и устройство для сбора и удаления пенного продукта, а также гребковое устройство для удаления осадка, жестко закрепленное на вертикальном валу отстойника, устройство для сбора пенного продукта установлено в верхней части питающего стакана соосно с ним и выполнено в виде переливного порога, снабженного кольцевым желобом, при этом кольцевой желоб оснащен устройством для удаления пены, соединенным с кольцевым желобом и состоящим из наклонного пенопровода и лопаток, расположенных в кольцевом желобе и жестко закрепленных на валу отстойника, причем переливной порог выполнен с возможностью регулирования его высоты, а загрузочное устройство для подачи суспензии может быть снабжено пенообразующей решеткой, аэратором, подогревателем суспензии, дозатором флотореагента.

Авторами заявляется отличительный от прототипа признак, указанный в п.1 формулы изобретения и заключающийся в том, что переливной порог расположен непосредственно в зоне образования пены, причем зона образования пены локализована пределами питающего стакана.

Конструктивно данный признак близок к решению по а.с. СССР №1327338 (В 01 D 21/02) «Вертикальный отстойник», а именно пеносборник расположен вокруг питающего стакана и снабжен наклонным желобом для вывода пены, но конструкция выполнена таким образом, что стакан непосредственно не сообщается с желобом для вывода пены.

Поэтому процесс осветления суспензии в приведенном выше аналоге и в предполагаемом изобретении реализуется по-разному, а именно:

- в отстойнике по приведенному выше аналогу образование пенного продукта происходит во всем объеме корпуса, затем пена всплывает на поверхность зеркала раствора по периферии отстойника и после этого импульсно сливается в пеносборник, расположенный в центральной его части. В этом случае, направление движения пены таково: из питающего стакана в общий объем отстойника, затем на периферийную поверхность раствора, а затем к центру в пеносборник, то есть процесс пенообразования идет вне питающего стакана во всем объеме осветляемого раствора, что создает дополнительные гидравлические потоки, ухудшающие условия осветления;

- в предлагаемом решении пенный продукт образуется в объеме питающего стакана, через верхний торец которого непрерывно самопроизвольно удаляется. Причем верхний торец стакана, выполняющий роль переливного порога, выполнен таким образом, что в зависимости от количества образующейся пены и уровня раствора в отстойнике, можно менять высоту порога.

В результате в объем отстойника из питающего стакана поступает раствор, предварительно очищенный от легкой мелкодисперсной фракции.

Этим предлагаемое решение принципиально отличается как от прототипа, так и от указанного выше аналога.

Следовательно, данное техническое предложение отвечает критериям изобретения - «новизна» и «уровень техники».

В результате поиска по патентной и научно-технической литературе, проведенного с целью определения «уровня техники», были выявлены также и другие сходные признаки:

1) наличие лопаток в устройстве для удаления пены (п.2 формулы изобретения) известно, например, по а.с. СССР №1525980 (В 01 D 21/18), а также по а.с. СССР №956026 (В 03 D 1/14) "Устройство для удаления продуктов флотации";

2) аэрирование суспензии с целью увеличения количества пены известно по патенту РФ №2164825 (В 03 D 1/02) "Способ флотационного разделения многокомпонентной смеси";

3) перемещение сливного порога известно по а.с. СССР №1103902 (В 03 D 1/00) "Способ регулирования процесса пенной сепарации и устройство для его осуществления".

Проведенный анализ показал, что принципиально отдельные признаки объекта защиты известны, однако совокупность известных и неизвестных признаков, указанных в формуле изобретения, позволяет выйти на новый уровень в разработке перспективного универсального оборудования для гидрометаллургической, химической, горнообогатительной и других отраслей промышленности.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения - "уровень техники".

На фиг.1 показан отстойник (общий вид), на фиг.2 - узел А (разрез), на фиг.3 - вид Б по стрелке.

Отстойник состоит из корпуса 1, гребкового устройства 2 для сгребания твердого осадка, которое жестко закреплено на вертикальном центральном валу 3, снабженном приводом вращения 4, загрузочного устройства для подачи суспензии, состоящего из растворопровода 5 и питающего стакана 6, устройства для слива осветленного раствора в виде сливного порога 7 и кармана 8, расположенного на корпусе 1 отстойника, устройства для сбора пенного продукта, состоящего из переливного порога 9 и кольцевого желоба 10, установленных в верхней части питающего стакана 6, и устройства для удаления пенного продукта, включающего в себя наклонный пенопровод 11, верхний конец которого соединен с кольцевым желобом 10, а нижний выведен через корпус отстойника 1 за его пределы и скребки 12, закрепленные на валу 3 отстойника и расположенные в кольцевом желобе 10. Устройство для удаления пены дополнительно может иметь пеногаситель 13, который облегчает транспортировку пены по пенопроводу 11 за пределы отстойника 1. Питающий стакан 6 снабжен пенообразующей решеткой 14.

К тому же, отстойник может быть снабжен аэратором, расположенным в питающем стакане, подогревателем исходной суспензии, а также дозатором флотореагента (на фиг.1, 2, 3 эти устройства не показаны в связи с их отсутствием в данном конкретном варианте выполнения отстойника).

Описание работы отстойника, приведенное ниже, относится к варианту переработки насыщенных растворов газоочистки алюминиевого производства. Для этих растворов характерно наличие смолистых погонов углеводородного связующего, используемого в производстве анодной массы. В данном случае смолистые погоны являются флотореагентом, который способствует образованию углеродистой пены, затрудняющей процесс осветления суспензии и ухудшающей качество осветленного раствора газоочистки.

Отстойник работает следующим образом.

Исходную суспензию по растворопроводу 5 подают в питающий стакан 6, расположенный в центре отстойника, причем подачу осуществляют через пенообразующую решетку 14, которая установлена в питающем стакане (установка решетки возможна в любом месте устройства для подачи суспензии).

Главное - чтобы решетка увеличивала насыщение суспензии пузырьками воздуха, что способствует лучшему ценообразованию.

В питающем стакане 6 формируется направленный вниз поток суспензии. При достижении нижнего среза стакана за счет расширения потока скорость суспензии уменьшается, что создает условия для ее разделения: твердые частицы оседают на дно отстойника, а осветленный раствор поднимается вверх к сливному порогу 7, сливается в карман отстойника 8, откуда направляется на дальнейшую переработку. Твердые частицы, осевшие на днище корпуса 1, посредством гребкового устройства 2 транспортируются в центральную разгрузочную горловину, через которую выводятся за пределы отстойника.

Твердые частицы, способные к флотации, всплывают на поверхность суспензии в пределах питающего стакана 6 и вместе с образующейся пеной переливаются через переливной порог 9 в кольцевой желоб 10, откуда скребками 12 непрерывно выводятся через пенопровод 11. Для облегчения процесса удаления пены из кольцевого желоба 10 в него, посредством пеногасителя 13, подается небольшое количество исходной суспензии на смыв пены. Запитку пеногасителя 13 осуществляют из растворопровода 5 по трубопроводу 15.

Таким образом, в предлагаемом отстойнике осуществляется разделение суспензии на три составляющие: сгущенный твердый осадок, осветленный раствор и пенный продукт. Причем разделение суспензии на три составляющие происходит с максимальной эффективностью за счет разделения зоны образования пенного продукта, которая не выходит за пределы питающего стакана, и зоны отделения осадка, расположенной за пределами питающего стакана. Результатом такого процесса является рабочий раствор с высокой степенью осветления.

В настоящее время заявляемый отстойник проходит испытание в условиях Иркутского алюминиевого завода.

1. Отстойник для осветления суспензий, включающий корпус, загрузочное устройство для подачи суспензии, состоящее из растворопровода и питающего стакана, устройство для слива осветленного раствора и устройство для сбора и удаления пенного продукта, а также гребковое устройство для удаления осадка, жестко закрепленное на вертикальном валу отстойника, отличающийся тем, что устройство для сбора пенного продукта установлено в верхней части питающего стакана, снабженного пенообразующей решеткой, соосно с ним и выполнено в виде кольцевого желоба с переливным порогом, при этом кольцевой желоб оснащен устройством для удаления пены.

2. Отстойник по п.1, отличающийся тем, что устройство для удаления пены выполнено в виде лопаток, расположенных в кольцевом желобе и жестко закрепленных на валу отстойника, а также наклонного пенопровода, верхний конец которого соединен с кольцевым желобом, а нижний выведен за пределы отстойника.

3. Отстойник по п.1, отличающийся тем, что переливной порог выполнен с возможностью регулирования его высоты.

4. Отстойник по п.1, отличающийся тем, что загрузочное устройство для подачи суспензии снабжено аэратором.

5. Отстойник по п.1, отличающийся тем, что загрузочное устройство для подачи суспензии снабжено подогревателем суспензии.

6. Отстойник по п.1, отличающийся тем, что загрузочное устройство для подачи суспензии снабжено дозатором флотореагента.