用於濃縮漿料的系統和方法

2023-05-18 21:27:36

專利名稱：用於濃縮漿料的系統和方法
技術領域：
本發明涉及用於濃縮漿料特別是含有礦物的漿料的系統和方法。
背景技術：
礦物加工常常需要加入水。這可能導致過度稀薄的含有礦物的漿料，使得必須濃縮細粒礦物的懸浮液以用於進一步地加工。取決於所需的最終礦物濃度，不同的方法被用於脫水過程。除了諸如離心、過濾或蒸發之類的方法之外，已知漿料的脫水能夠通過引起固體層或濾餅形成的電泳或電滲實現。
USl, 133，967公開了具有懸浮液容器和懸浮液攪拌裝置的用於電滲過程的設備， 所述設備包括陽極和鎖定在所述陽極與所述攪拌裝置之間的陰極，其中所述陰極設有長度遠大於寬度的開口。根據本發明的陽極為圓筒形的。
US3, 972，799描述了用於將固體從鑽井泥漿中除去的設備。所述設備包括水平容器，其中作為陽極的多個間隔開的旋轉板狀盤布置在作為陰極的多個間隔開的互連面板之間，每個盤的周緣部分浸沒在鑽井泥漿中，其中所述盤通過馬達旋轉。懸浮液中的固體由相應盤的相反表面吸引且作為層或薄膜沉積在這些表面上，而固定刮擦元件布置為與所述盤相鄰以移除所沉積的固體。
為了實現固體層或濾餅從懸浮液中的暴露，由US4，107，026提出了旋轉陽極盤， 該文獻公開了用於在電場中使固體懸浮液脫水的系統和方法，所述電場可控地維持在一對相對的自包含(self-contained)的電極結構之間，以引起固體相對於載體液體移動以在相應的自包含的電極結構上形成層或濾餅，同時使載體液體能夠在真空的作用下沿相反的方向通過中空的自包含的對應電極結構的透液性壁被抽出，與用於將過濾液體抽出速率控制為與固體在載體液體中的相對移動速度一致且相容的裝置相結合，並且其中，所述層或濾餅材料可以例如在從懸浮液中暴露期間從所述電極結構中脫離。
為了增大電泳分離的效率，US5, 171，409 (EP0253749的等同)提出了一種連續分離呈在電泳和電滲單元中的懸浮液形式的帶電固體粉末材料的過程，其中，電解液的一小部分被排出，該一小部分中的一部分利用酸(優選為氣態)試劑進行處理，所處理的部分被重新引入陰極隔室內，而被排出的一小部分中的其他部分被消除。由於在該文獻中公開的方法和裝置操縱起來非常複雜，因此存在對易於操縱且結合有高產出率的裝置的需求。
儘管通過電泳或電滲對懸浮液進行脫水的工藝在本領域的技術狀態中是已知的， 但是這兩種方法均有不滿意程度的礦物濾餅或固體恢復，特別是在碳酸鈣恢復呈粘性礦物濾餅或固體的形式的情形下。發明內容
本發明的目的是提供用於濃縮含有礦物的漿料的系統和方法，從而避免已知系統和方法的缺點。
根據本發明，提供了用於濃縮漿料的裝置，所述裝置具有用於在其中接收模塊的支承結構，所述模塊包括
a.電泳單元，所述電泳單元具有至少一個電連接的陰極、以及至少一個電連接的可旋轉陽極盤；
b.分離單元，所述分離單元與每個陽極表面相鄰以用於接收濾餅材料，所述分離單元包括接收部和活塞，其中，所述接收部的肩部的尺寸被設定成將所述肩部作為用於將所述固體材料或濾餅從所述陽極中去除的刮擦凸緣，而所述活塞用於將所收集的材料或濾餅從所述接收部中壓出；以及可選的滑動託架，所述滑動託架具有用於閉合所述接收部的蓋；以及
c.用於轉動所述陽極、使漿料循環進出所述電泳單元、以及向所述電極施加電壓的裝置。
所述電泳單元可以為用於接受漿料的容器，設計為包括用於電泳的單個或多個隔室。在所述電泳單元為多隔室單元的優選實施例中，這可以通過將板焊接到所述容器內而形成，使得所述多隔室容器由具有固定在所述容器內側的凸緣以形成所述隔室的容器外殼體製成。在另外的優選實施例中，所述多隔室漿料容器為單個整體件。
儘管其意為整個容器(包括多隔室容器)用作陰極，但是陰極由設置在電泳單元中的一個或多個板或其它裝置來實現也落在本發明的範圍內。如果電泳單元或容器為陰極， 則與電源的單獨聯接件不是必要的，並且(多個)隔室漿料容器與所有其他部件電隔離。
其意為陽極盤部分地暴露給漿料且部分地暴露給氣體環境例如空氣。還意為分離單元的肩部設置為與陽極的暴露給氣體環境的一部分相鄰。優選的是分離單元設置在大致水平的位置。
優選的是，陽極盤豎直地布置在給定的隔室內。為了轉動所述陽極盤，它們優選地安裝在用於旋轉的驅動軸上。另外，所述陽極盤能夠通過固定凸緣固定在所述驅動軸上，從而限定介於所述陽極盤之間的間距。所述陽極(相應的所述陽極盤)通過設置的跳線環電連接。
若必要，由於漿料的特定組成，能夠使用改變的容器和改變的陽極盤間距。在優選實施例中，所述容器的外壁為半圓桶形的，並且依據所述陽極的直徑調節以產生介於陰極與陽極盤之間的預定間距。所述半圓筒形容器的設計有利於所述陽極僅部分地暴露給所述漿料的需求。
在另一優選實施例中，用於漿料的至少一個入口開口設置在每個電泳單元的底部，而溢出口設置在上邊緣。在可選實施例中，所述入口開口能夠分布在每個單元的周緣上。
用於陽極的優選材料為具有防腐蝕塗層的鈦。為了設置所述陽極，罩狀部(muff) 可以用來確保維持介於陰極與陽極之間的適當間距，所述間距對於脫水過程而言是關鍵的。交替的罩狀部與陽極盤能夠形成滑動到所述軸上的單元，還重要的是，所述陽極盤與所述分離單元之間的間距為恆定的。所述罩狀部的截面區域可以用來確保所述陽極盤不能在所述軸上移動。
所述跳線環可以製造為具有金的觸點，使得較高的電壓在上規模的系統中是可能的。所述觸點優選地為彈性的。
對於支承框架而言，優選的材料為鋁。這種框架代表系統的骨幹，並且所有其他零部件附接到該框架上。當所述容器是陰極時，合成材料板能夠用來將所述支承框架與所述容器隔離。其他的板可以用作用於所述陽極單元和馬達(用於使所述陽極相應的所述軸旋轉)的支承件。
所述分離單元的所述接收部的優選形式為半圓筒形或半矩形，而活塞適於所述接收部的形式。對於本領域的技術任意明顯的是，其他形式可以應用到所述接收部上。所述分離單元優選地由合成材料(特別是聚四氟乙烯(PTFE))或具有良好滑動性能的任意其他材料製成。由於所述半圓筒的肩部依據相鄰的陽極盤調節，因此不需要單獨的刮器。這具有固體材料或濾餅將不被收集在所述刮器上的重大優點。與用於閉合所述分離單元的滑動託架相結合，所述固體材料將被從所述分離單元中完全壓出。敞開式半圓筒(即沒有滑動門)導致本發明人的下述實驗固體材料已經聚集在所述刮器和所述活塞上，從而導致所述固體材料或濾餅的不完全移除。
所述分離單元理想地精確地設置在兩個陽極盤之間，使得所述分離單元可以用來將濾餅從兩個陽極盤中同時移除。在分離單元與陽極之間的停置開口優選地為大約1mm。 所述分離單元可以通過合成安裝件固定在所述支承框架處。
通過由相同的材料製成活塞和半圓筒，避免了根據不同熱膨脹的缺點。
優選的是，所述活塞是氣動驅動的。用於驅動所述活塞的任意其他裝置(例如液壓)也落在本發明的範圍內。
由於用於濃縮漿料的過程優選地被不連續地驅動，因此陽極在每個周期的旋轉角度應當優選地為大約10°，結合有陽極部段的大約3分鐘的優選停留時間長度。
在優選實施例中，介於IOV與40V之間的電壓被施加到電極上。電壓取決於形成電極的材料和漿料的組成。應當限制就陽極而言的腐蝕並且由此不應當超過60V。
根據本發明的裝置對具有優選地介於10%_50%之間且更優選地介於20%_24%之間的礦物含量以及限定顆粒尺寸的漿料進行優化。參數例如電壓能夠在不改變電極之間的間距的情況下依據其他漿料進行調整，這是由於所述間距由電泳單元的構造預先限定。
在所述裝置中待使用的優選材料為含有負電荷的分散碳酸鈣顆粒的漿料。
本發明的另一目的是用於使用根據本發明的裝置來濃縮漿料的方法，所述方法包括以下步驟
a.將具有分散顆粒的漿料引入所述裝置的電泳單元中；
b.向所述電泳單元的靜置電極施加電壓；
c.使每個陽極旋轉預定的旋轉角度且將靜置固體材料或濾餅剝離到所述裝置的所述分離單元的所述接收部內；
d.可選地使用滑動託架閉合所述接收部；
e.使用活塞將所述固體材料或濾餅從所述分離單元中壓出；
f.可選地經由每個單元的入口開口將新的漿料引入所述電泳單元內且經由出口移除過多的漿料並且重複步驟a至f。
優選的是，濃縮過程被不連續地驅動，這隱含了陽極在漿料中靜置的步驟和陽極旋轉以接收固體材料或濾餅的步驟，以能夠有效地移除所述材料。
所述方法對含有礦物顆粒特別是碳酸鈣且特別是負電荷的分散碳酸鈣的漿料進行優化。陽離子分散碳酸鈣可以附加地或替代地被採用。
為了優化溶液的穩定性和顆粒的電荷，優選的是表面活性劑例如分散劑被加入到漿料中。由於表面活性劑變為附接到顆粒上，因此所生成的電荷對應於表面活性劑的電荷。 由此，能增強或改變分散顆粒的電荷，使得它們將根據需要地移動到陽極或陰極。
用於所述方法的最佳參數為大約20V的電壓和大約10°的旋轉角度，其中能夠依據漿料的特性調節提升時間和間隔時間。優選的是陽極盤的大約3分鐘的停留時間長度。
濾餅收集即陽極旋轉的過程在活塞完全擴展時中斷。所述活塞必須在陽極能夠再次旋轉之前被拉回以避免在所述活塞後面收集濾餅，這種收集導致在拉回所述活塞時的問題。


將通過附圖和示例(不限制於所述實施例)進一步描述本發明
圖I為沉積濾餅的固體含量對施加到電極上的電壓的曲線；
圖2為具體沉積速率對施加到電極上的電壓的曲線；
圖3為具體能量消耗對施加到電極上的電壓的曲線；
圖4為沉積濾餅的固體含量對電極間距的曲線；
圖5為具體沉積速率對電極間距的曲線；
圖6為具體能量消耗對電極間距的曲線；
圖7為固體含量基於保留時間的曲線；
圖8為具體沉積速率基於保留時間的曲線；
圖9為具體能量消耗基於保留時間的曲線；
圖10為分離單元；
圖11A、圖IlB為分離單元和陽極盤的布置；
圖12為具有入口和溢出口的電泳單元。
具體實施方式
圖I示出了施加到電極上的電壓具有對沉積濾餅(cake)的固體含量(相應的滲透)的相當大的影響。固體含量和沉積速率(圖2)隨著電壓的升高而增大，但是能量消耗 (圖3)不成比例地增大。這種效果的原因在於所含水分的電解的增大。嚴重的問題在於水分的電泳導致氫氣和氧氣的產生，氫氣和氧氣與周圍的空氣形成爆炸性混合物。將電壓降低到沒有氫氣被產生的水平是不可能的。
因此，必須確定一種折衷，從而容許具有合理能量消耗的良好生產率。大多數實驗利用20V的電壓進行，儘管電壓可以範圍為從IOV至60V。
進行其他的實驗以根據固體含量(圖4)、具體沉積速率(圖5)和具體能量消耗(圖 6)來確定電極間距。電極間距通常僅能夠通過巨大的努力(例如使用活動陰極)進行改變， 使得重要的是獲知用於電泳裝置的構造的最佳電極間距。
圖4至圖6中所示的結果通過施加20V的電壓獲得。清楚可見的是較短的電極間距與增大的電泳效率相關，即，固體含量和沉積速率增大而能量消耗減小。這意味著較短的電極間距一定是優選的。
必須考慮到的是，在陽極上的沉積濾餅減小介於陰極與陽極之間的開口。實驗表明大約高達IOmm的陽極濾餅的物理厚度。必須保證的是，在電極之間的殘留開口適於漿料的流過。在圖5中，對於超過20mm的電極間距能夠觀察到沉積速率的停滯。這可能反映了通過陽極濾餅使電極之間的開口最小化的效果。
通過使用旋轉陽極，能夠應用執行電泳的不同模式。陽極能夠連續或間隔地旋轉。 在陽極盤50上的增大的陽極濾餅因固體濾餅具有比漿料高的電阻而導致電阻的增大。由此，沉積速率減小(圖8)而能量消耗增大(圖9)，同時陽極濾餅的固體含量仍然增大(圖7)。
如圖7至圖9中所示的用於確定合理保留時間的實驗結果利用20V的電壓、40mm 的電極間距和45°的旋轉角度執行。
旋轉角度和保留時間是關於在陽極盤50上沉積的陽極濾餅的總量的重要參數。 陽極濾餅的體積必須與分離單元的體積相關，以避免分離單元的滿溢，這是由於滿溢將導致在陽極盤50上的剩餘固體顆粒。本領域的技術人員將根據在陽極上的濾餅厚度調節旋轉角度，即，在接收部40被填滿之前，濾餅越厚，陽極的旋轉角度越小。
在限定用於裝置的構造以及執行電泳的參數時必須考慮某些限制。由於為安全起見必須減小氫氣產生的副作用，因此應當避免向電極施加較高的電壓。電極間距基本上由多隔室漿料容器60 (如圖11中所示)的概念預先限定。剩餘參數必須被選取來優化陽極濾餅的固體含量且獲得較高的沉積速率。
表I示出了已經被選取用於根據本發明的裝置的參數。
權利要求
1.用於濃縮漿料的裝置，所述裝置具有用於在其中接收模塊的支承結構，所述模塊包括a.電泳單元，所述電泳單元具有至少一個電連接的陰極，以及至少一個電連接的可旋轉陽極盤(50);b.分離單元，所述分離單元與每個陽極表面相鄰以用於接收濾餅材料，所述分離單元包括接收部(40 )和活塞(20 )，其中，所述接收部(40 )的肩部(30 )的尺寸被設定成將所述肩部作為用於將固體材料或濾餅從所述陽極中除去的刮擦凸緣，所述活塞(20)用於將所收集的材料或濾餅從所述接收部(40)中壓出；c.用於轉動所述陽極、使漿料循環進出所述電泳單元以及向所述電極施加電壓的裝置。
2.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述分離單元具有滑動託架(10)，所述滑動託架具有用於閉合所述接收部(40)的蓋，以用於在閉合所述接收部的同時將殘餘材料從所述肩部(30)收集到所述接收部(40)內。
3.根據權利要求I或2所述的裝置，其中，所述電泳單元為多隔室容器(60)。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中，多隔室漿料容器(60)由容器(60)外殼體製成， 其中凸緣固定在所述容器(60)的內側以形成所述隔室。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述凸緣焊接到所述容器(60)外殼體內。
6.根據權利要求3所述的裝置，其中，所述多隔室漿料容器(60)為單個整體件。
7.根據權利要求I至6中任一項所述的裝置，其中，所述電泳單元或多隔室容器(60) 與所有其他部件電隔離。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的裝置，其中，所述電泳單元或多隔室容器(60) 為陰極。
9.根據權利要求I至8中任一項所述的裝置，其中，所述陽極盤(50)豎直地布置在所述電泳單元或隔室內。
10.根據權利要求I至9中任一項所述的裝置，其中，所述陽極盤(50)安裝在驅動軸 (7)上用於旋轉。
11.根據權 利要求10所述的裝置，其中，所述陽極盤(50)通過固定凸緣固定在所述驅動軸(7 )上，從而限定所述陽極盤(50 )之間的間距。
12.根據權利要求10或11所述的裝置，其中，設有跳線環以使所述陽極電連接。
13.根據權利要求I至12中任一項所述的裝置，其中，每個電泳單元或隔室具有位於底部處的用於漿料的入口開口和位於上邊緣處的溢出部。
14.根據權利要求I至13中任一項所述的裝置，其中，所述支承結構是由鋁製成的框架(5)。
15.根據權利要求I至14中任一項所述的裝置，其中，所述陽極是耐腐蝕的。
16.根據權利要求I至15中任一項所述的裝置，其中，所述陽極包括鈦。
17.根據權利要求I至16中任一項所述的裝置，其中，所述接收部(40)具有半圓筒形形式或半矩形形式。
18.根據權利要求I至17中任一項所述的裝置，其中，每個分離單元由合成材料特別是聚四氟乙烯(PTFE)製成。
19.根據權利要求I至18中任一項所述的裝置，其中，所述活塞(20)是氣動驅動的。
20.根據權利要求I至19中任一項所述的裝置，其中，所述陽極在每個周期的旋轉角度為大約10。-15。。
21.根據權利要求I至20中任一項所述的裝置，其中，所述陽極盤(50)的停留時間長度為大約3分鐘。
22.根據權利要求I至21中任一項所述的裝置，其中，20V電壓被施加到所述電極上。
23.根據權利要求I至22中任一項所述的裝置，其中，所施加的用於脫水的漿料具有以乾燥重量計算的介於10%至50%之間的礦物含量。
24.根據權利要求I至23中任一項所述的裝置，其中，所述礦物為負電荷的分散碳酸鈣。
25.作為根據權利要求I至24中任一項所述的用於濃縮漿料的裝置的一部分的分離單元，所述分離單元包括活塞(20)和用於接收旋轉陽極的濾餅材料的接收部(40)，所述接收部(40)的肩部(30)的尺寸被設定成將所述肩部作為用於將固體材料或濾餅從所述陽極中移去的刮擦凸緣，而活塞(20)用於將所收集的材料或濾餅從所述接收部(40)中壓出。
26.根據權利要求25所述的分離單元，其中，滑動託架(10)具有用於閉合所述接收部 (40)的蓋(11)，以用於在閉合所述接收部(40)的同時將殘餘材料從所述肩部(30)收集到所述接收部(40)內。
27.根據權利要求25或26所述的分離單元，其中，所述分離單元由合成材料特別是聚四氟乙烯製成。
28.根據權利要求25至27中任一項所述的分離單元，其中，所述活塞(20)是氣動驅動 的。
29.根據權利要求25至28中任一項所述的分離單元，其中，所述接收部具有半圓筒形形式或半矩形形式。
30.使用根據權利要求I至24中任一項所述的裝置或根據權利要求25至29所述的分離單元來濃縮漿料的方法，所述方法包括下述步驟a.將具有分散顆粒的漿料引入所述裝置的所述電泳單元中；b.向所述電泳單元的靜置電極施加電壓；c.使每個陽極旋轉預定的旋轉角度並且將靜置固體材料或濾餅剝離到所述裝置的所述分離單元的所述接收部(40)內；d.可選地使用滑動託架閉合所述接收部(40);e.使用活塞(20)將所述固體材料或濾餅從所述分離單元中壓出；f.可選地經由每個電泳單元的入口開口將新的漿料引入所述電泳單元內且經由出口移除過多的漿料，並且重複步驟a至f。
31.根據權利要求30所述的方法，其中，在將材料或濾餅剝離到所述接收部(40)內之後使用滑動託架(10)閉合所述分離單元的所述接收部。
32.根據權利要求30或31所述的方法，其中，所述過程被連續地、間隔地或通過依次填充每個隔室而被驅動。
33.根據權利要求30至32中任一項所述的方法，其中，所述漿料含有礦物顆粒。
34.根據權利要求30至33中任一項所述的方法，其中，所述分散顆粒帶負電荷。
35.根據權利要求30至34中任一項所述的方法，其中，所述漿料含有負電荷的分散碳酸鈣。
36.根據權利要求30至35中任一項所述的方法，其中，所施加的用於脫水的漿料含有以乾燥重量計算的介於10%至50%之間的礦物含量。
37.根據權利要求30至36中任一項所述的方法，其中，大約20V的電壓被施加。
38.根據權利要求30至37中任一項所述的方法，其中，所述旋轉角度為10°-15°。
39.根據權利要求30至38中任一項所述的方法，其中，依據所述漿料的特性調節提升時間和間隔時間。
全文摘要
本發明涉及用於濃縮漿料特別是含有礦物的漿料的系統和方法。本發明提供了包括電泳單元和分離單元的系統，其中所述分離單元包括接收部，優選的為半圓筒形形式，所述接收部具有調節側翼，所述調節側翼用於將固體材料或濾餅與旋轉陽極分離；以及滑動託架，所述滑動託架適於閉合所述接收部且在通過活塞將所述固體材料或濾餅從所述接收部中壓出之前將停置的固體材料從所述側翼剝離到所述接收部內。
文檔編號C02F11/12GK102933505SQ201180026354
公開日2013年2月13日 申請日期2011年4月28日 優先權日2010年4月29日
發明者J·澤特曼, H·艾因施皮勒, M·施瓦茨 申請人:Omya發展股份公司