СПОСОБ КЛАССИФИКАЦИИ И ПРОМЫВКИ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ ОСАДКОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК B03B5/62 B01D21/00 

Изобретение относится к производству глинозема и может быть использовано в химической, гидрометаллургической, обогатительной и др. отраслях промышленности, где по условиям производства производится гидроклассификация и промывка осадка.

В известном способе Байера отделение алюминатного раствора от красного шлама и противоточная промывка последнего осуществляется в системе сгустителей с промежуточной репульпацией шлама в гидросмесителях (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство глинозема. М.: Металлургия, 1970, с.199-203). Одним из основных недостатков работы данной схемы является частое зашламление песчаными фракциями сгустителей, особенно тех, которые имеют большой диаметр и плоское днище.

Вывести наиболее крупные песковые фракции из основного потока промываемого осадка можно с помощью гидроциклонов. Известен ряд установок и способов, в которых для этих целей применяются гидроциклоны.

На установке по а.с.№469488 от 19.11.70 г. разделение суспензии и промывку песковых фракций производят в гидроциклоне и соосно расположенной под ним промывной камере, состоящей из конической обечайки и 1-2-х конусов с патрубками для подвода промывочной жидкости противоточно движущимся вниз пескам. Несмотря на наличие промывки, установка имеет ряд недостатков, из-за которых ее нельзя применить в производстве, где большие часовые потоки по разделяемой суспензии:

1) низкая производительность, зависящая от диаметра сливной насадки гидроциклона и количества вводимой промывочной жидкости, которая при соблюдении противотока должна выводиться также через сливную насадку;

2) за 1-2 ступени промывки методом разбавления не достигнуть качественной промывки осадка от увлекаемого крепкого раствора.

Более совершенной по сравнению с рассмотренной выше является установка финской фирмы «Ларокс» (WO 86/06653 от 20.11.87 г.), в которой для разделения суспензии и промывки песковых фракций применяются два последовательно соединенных аппарата - цилиндр с донной и верхней крышками и гидроциклон. В цилиндре донной крышкой может быть конус, развернутый вершиной вовнутрь. К боковой поверхности цилиндра тангенциально присоединяются два патрубка - верхний для подвода разделяемой суспензии, нижний - промывочной жидкости. Снизу к цилиндру (ниже уровня подвода промывной жидкости) присоединен тангенциально другой патрубок, соединяющий цилиндр с входным отверстием гидроциклона. Причем подсоединение выполнено таким образом, чтобы вращающийся поток из цилиндра плавно переходил в гидроциклон. Цилиндр и гидроциклон снабжены сливными патрубками для отвода сверху основного потока жидкости вместе с отклассифицированными тонкими фракциями осадка. Песковые фракции, сползая вниз по стенкам цилиндра, попадают в полость между цилиндром и конусом, откуда, подхваченные потоком промывной жидкости, устремляются в гидроциклон и после сгущения в нем выводятся через нижнюю песковую насадку.

На вихревом циклоне благодаря двойному отводу слива количество вводимой промводы в разумных пределах не влияет на производительность циклона. В нем выше эффективность гидроклассификации за счет дополнительного «отмучивания» тонких фракций в гидроциклоне. Однако при высокой концентрации раствора в разделяемой суспензии за одну ступень промывки также не достигнуть качественной промывки осадка.

Известен способ выщелачивания и промывки алюминатного спекового шлама, содержащего частицы крупностью до 0,5-1 мм (Справочник металлурга по цветным металлам, пр-во глинозема. М.: Металлургия, 1970, с.221-225; Арлюк Б. И. Выщелачивание алюминатных спеков. М.: Металлургия, 1979, с.43-44), в котором классификация и противоточная промывка полидисперсного осадка, каким является спековый шлам, осуществляется в последовательном ряду сгустителей и промывателей типа Дорра с использованием гидроциклонов для разделения осадка на песковые и тонкодисперсные фракции. Смешивание осадка с промводой производится в гидросмесителях - мешалках с интенсивным перемешивающим устройством.

Чтобы избежать зашламления сгустителей, перед ними устанавливаются гидроциклоны. Последние отбивают песчаный шлам в тот же гидросмеситель-мешалку, куда направляются с помощью насоса сгущенный шлам и промвода.

Промывка песчаного шлама вне сгустителей повышает устойчивость работы последних. Однако данный способ в целом становится более сложным и энергоемким по сравнению с первым. Кроме того, общим недостатком рассмотренных способов является низкая эффективность промывки крупных фракций шлама. Повысить эффективность промывки песков можно за счет увеличения градиента концентраций на каждой стадии промывки. Это возможно, если сначала смешивать более крупный песчаный шлам с промводой и затем с остальной массой мелкого шлама или промывать пески отдельно.

По большинству общих сходимых признаков последний из рассмотренных способов принят за прототип.

Задачей настоящего изобретения является выделение песков в самостоятельную ветвь промывки и интенсификация данного процесса.

Технический результат достигается тем, что в способе классификации и промывки полидисперсных осадков, включающем гидроклассификацию осадка, раздельную промывку крупных - песковых и мелких фракций, уплотнение суспензии и осветление раствора - промвод, гидроклассификацию осуществляют в две стадии - на 1-ой производят разделение суспензии в гравитационном поле при скорости, соответствующей скорости осаждения частиц крупнее 0,1 мм, и Ж/Т в сгущенных песках в пределах 3,5-5 с отделением мелкого осадка в виде мутного слива, который направляют в самостоятельную ветвь уплотнения и многоступенчатой противоточной промывки, а на 2-ой стадии гидроклассификацию совмещают с многоступенчатой промывкой песков в центробежном поле с использованием части промывочной жидкости из системы промывки мелкого осадка и последующим осветлением мутных сливов в той же системе промывки.

В установке для классификации и промывки полидисперсных осадков, включающей гидроциклон с установленным перед ним цилиндрическим стаканом с патрубками для тангенциального ввода сверху разделяемой суспензии, снизу - промывочной жидкости, патрубком, расположенным ниже линии ввода промывочной жидкости, для тангенциального вывода песков, а также патрубком, расположенным сверху по оси стакана для вывода мутного слива, перед цилиндрическим стаканом установлен гидросепаратор для отделения и сгущения песков, при этом между цилиндрическим стаканом и гидроциклоном дополнительно установлены два или более стакана для промывки песков, соединенных друг с другом последовательно, причем каждый из дополнительных стаканов содержит патрубки для тангециального ввода сверху разделяемой суспензии, снизу промывочной жидкости, патрубок, расположенный ниже линии ввода промывочной жидкости, для тангенциального вывода песков, переходящий в патрубок ввода разделяемой суспензии, а также патрубок, расположенный сверху по оси стакана, для вывода мутного слива.

При осуществлении способа интенсификация процесса разделения осадка на пески и мелкий осадок достигается благодаря 2-стадийной гидроклассификации.

На 1-ой стадии разделения условия осаждения песков наиболее благоприятные, когда не требуется высокой степени уплотнения осадка в нижней части аппарата и возможен проскок с песками мелких фракций. При этом поток уплотненной суспензии с песками сокращается не менее чем в 30 раз по отношению к потоку разделяемой суспензии,

На 2-ой стадии разделения за счет высоких скоростей движения частиц в центробежном поле происходит более полное отделение мелких фракций с одновременной промывкой песков. Причем для отмывки увлекаемого с песками раствора направляется осветленная промвода - вода из системы промывки мелкого осадка или вода на последних ступенях с более высоким удельным расходом по отношению к пескам.

Это позволяет вести промывку при максимальных значениях градиента концентрации на каждой ступени и достигать качественной отмывки песков от раствора при меньшем числе ступеней промывки.

На чертеже показана установка для классификации и промывки полидисперсных осадков в две стадии.

Разделяемая суспензия поступает в гидросепаратор 1 с отделением и сгущением песков в его конусе (1-ая стадия - гравитационное разделение), которые насосом 2 направляются в первый цилиндрический стакан 3 через верхний боковой патрубок 4, а промывочная жидкость через нижний патрубок 5.

Вывод мутного слива со стакана происходит через верхний патрубок 6, размещенный на вертикальной оси стакана, а смесь песков с промывочной жидкостью через тангенциальнй патрубок 7, переходящий в питающий патрубок второго цилиндрического стакана 8 и далее, проходя последовательно питающие патрубки 9-11 стаканов 12-13, а на "хвосте" промывки - гидроциклона 14, с вводом промывной жидкости к соответствующим стаканам через патрубки 15-17 и выводом соответствующих мутных сливов с верхних патрубков 18-21 (2-ая стадия разделения в центробежном поле). В гидроциклоне пески выводятся через нижнюю песковую насадку 22. Количество последовательно соединенных цилиндрических стаканов может быть два или более, как в рассмотренном примере, в зависимости от исходной концентрации раствора в промываемых песках.

Согласно технологической схеме разбавленная автоклавная суспензия (концентрация Na₂O в жидкой фазе - 140 г/л) в количестве 1000-1100 м³/час с содержанием твердого - красного шлама 70 г/л, состоящего из песковых фракций - 0,8+0,1 мм=9,8%, остальное мелкие, из которых - 0,1+0,63 мм=3,1%, направляется в гидросепаратор 1⊘5,5 м. Мутный слив, содержащий мелкие фракции, направляется на отделение и противоточную промывку шлама в системе сгустителей-промывателей, а сгущенные песковые фракции из-под конуса гидросепаратора в количестве 20-30 м³/час - на 4-ступенчатую классификацию - промывку в батарее цилиндрических стаканов 3, 8, 12,13 и гидроциклона 14 на «хвосте» промывки.

Для рассматриваемого процесса разделения при стесненных условиях осаждения (ρ_ж=1200 кг/м³, ρ_шлам=3200 кг/м³, μ=1,5 см³, ε=0,98 - доля жидкой фазы) скорость мутного слива на максимальном потоке не превышает скорости стесненного осаждения Песковых фракций с минимальной крупностью частиц, равной 0,1 мм. По меньшему классу крупности классифицировать шлам нельзя, т.к. уменьшается степень уплотнения мелкого шлама в системе сгустителей - промывателей и, следовательно, ухудшается качество его промывки.

При изменении потока, в том числе и на выходе сгущенных песков до Ж/Т=3-5,5, были получены на 1-ой стадии классификации следующие выходы контролируемых фракций песка (η_низ+0,1), приведенные в таблице 1.

Таблица 1Ж/Т33,54,05,05,5д.е.1 ст.
η_низ+0,194,096,096,597,097,1%

Из приведенных данных следует, что оптимальный режим классификации соответствует Ж/Т=3,5-5.

Результаты классификации и промывки песков на 2-ой стадии с вводом воды в цилиндрические стаканы в количестве 12 м³/час на каждой ступени приведены в табл.2 и 3.

Таблица 2
Технологические показатели разделения и промывки песков на 2-ой стадии классификации2-ая стадия классификацииПромывкаПески на выходеМутный слив на выходеВыход песков, %Удельн. расход воды, м³/тNa₂O в отвал. воде, г/лС_тв., кг/м³+0,1 мм %С_тв., кг/м³+0,1 мм, %87062,987,74,396,312,3 (7,4)*3,67 (3,6)**Примечание:
*7,4 -расход воды в системе промывки мелкого шлама (6-кратная противоточная);
**3,6 -концентрация Na₂O промывкой жидкости (подшламовая вода).

Таблица 3
Распределение концентраций Na₂O в жидкой фазе по ступеням промывки мелкого и песчаного шламовНаименование шламаКонцентрация, г/л№ступени промывки0123456Мелкий шламNa₂O1407438201063,6ΔNa₂O 140-74=6636181042,4ПескиNa₂O14052,4 18,8 7,53,67ΔNa₂O 87,6-33,6-11,33,8   (1 ст.)-(2 ст)-(3 ст)(4 ст)

Данные таблиц подтверждают высокую эффективность способа как по классификации, так и промывке песков вне системы сгустителей-промывателей.

При классификации в центробежном поле батарейного вихревого циклона за счет высоких скоростей разделения выход песков в нижний продукт гидроциклона составил 96,3%, а степень их сгущения соответствовала 870 кг/м³

В процессе промывки песков благодаря возможности увеличения удельного расхода промывочной жидкости - подшламовой воды (концентрация Na₂O=3,6 г/л) до 12,3 м³/т кратность промывки сократилась с 6 до 4 ступеней. Этому способствовал также более высокий градиент концентрации щелочи (ΔNa₂O) на каждой ступени промывки по сравнению с промывкой мелкого шлама, см. табл.3.

Изобретение относится к производству глинозема и может быть использовано в химической, гидрометаллургической, обогатительной и др. отраслях промышленности, где по условиям производства проводится гидроклассификация и промывка осадка. Способ классификации и промывки полидисперсных осадков осуществляют в две стадии - на 1-ой производят разделение суспензии в гравитационном поле при скорости, соответствующей скорости осаждения частиц крупнее 0,1 мм, и Ж/Т в сгущенных песках в пределах 3,5-5 с отделением мелкого осадка в виде мутного слива, который направляют в самостоятельную ветвь уплотнения и многоступенчатой противоточной промывки, а на 2-ой стадии гидроклассификацию совмещают с многоступенчатой промывкой песков в центробежном поле с использованием части промывочной жидкости из системы промывки мелкого осадка и последующим осветлением мутных сливов в той же системе промывки. Способ осуществляют с помощью установки для классификации и промывки полидисперсных осадков, включающей гидросепаратор для отделения и сгущения песков, гидроциклон с установленными перед ним цилиндрическими стаканами для промывки песков, соединенными друг с другом последовательно. Каждый стакан содержит патрубки для тангенциального ввода сверху разделяемой суспензии, снизу - промывочной жидкости, патрубок, расположенный ниже линии ввода промывочной жидкости, для тангенциального вывода песков, переходящий в патрубок ввода разделяемой суспензии, а также патрубок, расположенный сверху по оси стакана, для вывода мутного слива. Технический результат - повышение степени отмывки песков от щелочи. 2 н. п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Способ классификации и промывки полидисперсных осадков, включающий гидроклассификацию осадка, раздельную промывку крупных песковых и мелких фракций, уплотнение суспензии и осветление раствора-промвод, отличающийся тем, что гидроклассификацию осуществляют в две стадии - на 1-ой производят разделение суспензии в гравитационном поле при скорости, соответствующей скорости осаждения частиц крупнее 0,1 мм, и Ж/Т в сгущенных песках в пределах 3,5-5, с отделением мелкого осадка в виде мутного слива, который направляют в самостоятельную ветвь уплотнения и многоступенчатой противоточной промывки, а на 2-ой стадии гидроклассификацию совмещают с многоступенчатой промывкой песков в центробежном поле с использованием части промывочной жидкости из системы промывки мелкого осадка и последующим осветлением мутных сливов в той же системе промывки.2. Установка для классификации и промывки полидисперсных осадков, включающая гидроциклон с установленным перед ним цилиндрическим стаканом с патрубками для тангенциального ввода сверху разделяемой суспензии, снизу - промывочной жидкости, патрубком, расположенным ниже линии ввода промывочной жидкости, для тангенциального вывода песков, а также патрубком, расположенным сверху по оси стакана для вывода мутного слива, отличающаяся тем, что перед цилиндрическим стаканом установлен гидросепаратор для отделения и сгущения песков, при этом между цилиндрическим стаканом и гидроциклоном дополнительно установлены два или более стаканов для промывки песков, соединенные друг с другом последовательно, причем каждый из дополнительных стаканов содержит патрубки для тангенциального ввода сверху разделяемой суспензии, снизу - промывочной жидкости, патрубок, расположенный ниже линии ввода промывочной жидкости, для тангенциального вывода песков, переходящий в патрубок ввода разделяемой суспензии, а также патрубок, расположенный сверху по оси стакана, для вывода мутного слива.