Способ обезвоживания суспензий
Владельцы патента RU 2253632:
Панфилов Павел Феодосиевич (RU)
Лобанов Федор Иванович (RU)
Изобретение относится к реагентным способам разделения гетерогенных сред, например суспензий, и может быть использовано в угледобывающей, углехимической, горнорудной, пищевой, химической промышленности, при очистке сточных вод, индустрии строительных материалов при разделении суспензии на жидкую и твердую фазы с дальнейшим использованием твердой фазы как целевого компонента. Способ включает обработку суспензии двумя катионными флокулянтами с последующим отделением твердой фазы от жидкой фазы, причем предварительно определяют содержание твердой фазы суспензии, затем суспензию последовательно обрабатывают в аппарате для перемешивания раствором флокулянта в катионной форме, имеющим низкую молекулярную массу и высокую катионную активность, переводят суспензию в следующий аппарат для перемешивания и в процессе перевода или во втором аппарате для перемешивания обрабатывают суспензию раствором второго катионного флокулянта, имеющим высокую молекулярную массу и низкую катионную активность, переводят обработанную суспензию на ленточный фильтр-пресс с последующим отделением твердой фазы. Соотношение низкомолекулярного и высокомолекулярного флокулянтов поддерживают равным 2:1-1:3. Способ обеспечивает повышение производительности обезвоживающего оборудования при снижении влажности осадка и содержания твердой фазы в жидкой фазе. 14 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к области разделения гетерогенных сред, а именно суспензий, с выделением осадка в качестве целевого продукта, и может быть использовано в угледобывающей, углехимической, горнорудной, пищевой, химической промышленности, при очистке сточных вод, индустрии строительных материалов при разделении суспензии на жидкую и твердую фазы с дальнейшим использованием твердой фазы как целевого компонента.
Частным случаем разделения гетерогенной системы является обезвоживание суспензии, т.е. выделение твердой фазы из гетерогенной системы. Этот процесс лежит в основе большинства промышленных производств, использующих в качестве технологических сред суспензии. При обезвоживании суспензии существенным является перед разделением получить крупные, механически устойчивые частицы твердой фазы. Наличие таких частиц обеспечивает получение механически устойчивого осадка, легко отдающего влагу, что особенно важно при использовании ленточных фильтр-прессов.
В дальнейшем при характеристике заявленного изобретения будут использованы следующие обозначения:
- низкомолекулярный флокулянт - флокулянт, средняя молекулярная масса которого составляет от 104 до 106;
- высокомолекулярный флокулянт - флокулянт, средняя молекулярная масса которого составляет от 106 до 2·107;
- флокулянт с низкой катионной активностью - флокулянт, катионная активность которого составляет от 5 до 50%;
- флокулянт с высокой катионной активностью - флокулянт, катионная активность которого составляет от 50 до 100%.
Известен способ обезвоживания суспензий (RU, патент 2165900), включающий последовательную обработку суспензии анионным и катионным флокулянтами, причем количество полимера в катионной форме, по меньшей мере, не превышает количество полимера в анионной форме.
Известен способ отделения взвешенных частиц из водного раствора (SU, авторское свидетельство 528039) путем последовательного введения в раствор, находящийся в смесителе, двух флокулянтов: неорганического и полиакриламида.
Известен способ флокуляции угольных шламов (DE, заявка 3439842), включающий перемешивание суспензии шлама одновременно с флокулянтом в анионной форме и флокулянтом в катионной форме, причем флокулянт в анионной форме имеет сравнительно низкую молекулярную массу и высокую анионную активность, а флокулянт в катионной форме имеет высокую молекулярную массу и низкую катионную активность.
Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке эффективного способа обезвоживания суспензии.
Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в повышении производительности обезвоживающего оборудования по отделению твердой фазы при снижении влажности осадка и содержания твердой фазы в жидкой фазе.
Указанный технический результат достигается следующей совокупностью операций. Предварительно определяют содержание твердой фазы суспензии и, если содержание твердой фазы составляет менее 150 г/л, суспензию предварительно сгущают. В предпочтительном варианте суспензию предварительно сгущают с использованием анионактивного флокулянта. Затем суспензию последовательно обрабатывают в аппарате для перемешивания флокулянтом, предпочтительно представляющим собой раствор полиакриламида и/или его сополимеров в катионной форме, имеющим сравнительно низкую молекулярную массу и высокую катионную активность, самотеком или с помощью насоса переводят обрабатываемую суспензию в следующий аппарат для перемешивания и в процессе перевода или во втором аппарате для перемешивания обрабатывают суспензию раствором второго катионного флокулянта, имеющим высокую молекулярную массу и низкую катионную активность. Предпочтительно используют соотношение низкомолекулярного и высокомолекулярного катионных форм флокулянта от 2:1 до 1:3. Кроме полиакриламидов в качестве флокулянтов могут быть использованы полиамиды, поливинилпирролидоны, винилариловые и фениленэтиловые катионные флокулянты. В частности, в случае использования в качестве флокулянтов полиакриламида и/или его сополимеров, низкомолекулярный полиакриламид и/или его сополимеры в катионной форме преимущественно имеет молекулярную массу 500000-1000000, высокомолекулярный полиакриламид и/или его сополимеры преимущественно имеет молекулярную массу более 10 млн. Преимущественно используют растворы флокулянтов с концентрацией от 0,03 до 0,20%. Наиболее хорошие результаты получаются при концентрациях от 0,05 до 0,1%. В случае использования аппаратов для перемешивания раствора полимера с суспензией, к котором добавление полимера осуществляется через полый вал вращающейся мешалки преимущественно используют растворы флокулянтов с концентрацией от 0,20 до 2,00%, при этом мешалку вращают со скоростью 100-4000 об/мин при давлении суспензии от 0,2 до 16 атм. Наиболее хорошие результаты получаются при концентрациях флокулянтов от 0,5 до 1,5%, скоростях мешалки 600-1400 об/мин.
Предпочтительно отделение твердой фазы осуществляют отжимом. Способ может быть реализован при обработке суспензии угольных шламов, суспензии минерального сырья, суспензии отходов производства (сточных вод).
Способ может быть осуществлен следующим образом. Определяют содержание твердой фазы в суспензии. Рассчитывают с учетом измеренной величины общее количество подаваемого флокулянта. Исходную суспензию подают в аппарат для перемешивания, куда затем вводят 0,2-2,0% раствор низкомолекулярного полиакриламида и/или его сополимеров в катионной форме тонким слоем через полую ось вращающейся мешалки. Осуществляют перемешивание суспензии с раствором низкомолекулярного полиакриламида и/или его сополимеров в катионной форме при частоте вращения мешалки 100-4000 об/мин. Затем полученную смесь с помощью насоса перемещают в следующий аппарат для перемешивания, где в нее вводят 0,2-2,0% раствор высокомолекулярного полиакриламида и/или его сополимеров в катионной форме аналогично предыдущему случаю. Полученная кондиционированная суспензия поступает на ленточный фильтр-пресс, на котором происходит отделение твердой фазы от жидкой фазы.
Изобретение иллюстрировано следующими примерами.
К суспензии отходов флотации углей последовательно добавляли низкомолекулярный и высокомолекулярный катионактивные флокулянты. Затем суспензию заливали в воронку, снабженную фильтрующей перегородкой, и определяли скорость дренирования, т.е. время, за которое выделяется определенное количество фильтрата (по 50 мл) при различных условиях обработки флокулянтами. Были получены следующие результаты, представленные в таблицах 1-3.
Таким образом, использование изобретения позволяет повысить эффективность работы ленточных фильтр-прессов при обезвоживании суспензий за счет получения кондиционного осадка.
| Табл.1. | ||||||||
| Результаты опытов по флокуляционному кондиционированию и дренированию отходов флотации углей марки Ж (С=216 кг/м3. Объем суспензии в одном опыте - 500 мл) | ||||||||
| Катионактивные флокулянты. Расход, г/т | Объем фильтрата | Примечания | ||||||
| 50 мл | 100 мл | 150 мл | 200 мл | 250 мл | ||||
| низкомолекулярный | высокомолекулярный | |||||||
| 500 | 250 | Время, с | 4 | 10 | 18 | 32 | 45 | Скорость дренирования замедлилась; осадок сфлокулирован не полностью |
| 500 | 500 | 3 | 7 | 13 | 21 | 36 | Скорость дренирования замедлилась; структура осадка смешанная (состоит частично из флокул, частично из геля.) | |
| 500 | 1000 | 1 | 3 | 7 | 12 | 23 | Скорость дренирования высокая; осадок состоит преимущественно из флокул, легко отдает влагу. | |
| 500 | 1500 | 3 | 6 | 11 | 18 | 35 | Скорость дренирования замедлилась; структура осадка смешанная (состоит частично из флокул, частично из геля.) |
| Табл.2. | ||||||||
| Результаты опытов по флокуляционному кондиционированию и дренированию отходов флотации углей марки Г (С=195 кг/м3. Объем суспензии в одном опыте - 500 мл) | ||||||||
| Катионактивные флокулянты. Расход, г/т | Объем фильтрата | Примечания | ||||||
| 50 мл | 100 мл | 150 мл | 200 мл | 250 мл | ||||
| низкомолекулярный | высокомолекулярный | |||||||
| 400 | 200 | Время, с | 5 | 13 | 22 | 35 | 56 | Скорость дренирования замедлилась; осадок сфлокулирован не полностью |
| 400 | 400 | 3 | 8 | 15 | 26 | 40 | Скорость дренирования замедлилась; структура осадка смешанная (состоит частично из флокул, частично из геля.) | |
| 400 | 800 | 2 | 6 | 12 | 21 | 34 | Скорость дренирования высокая; осадок состоит преимущественно из флокул, легко отдает влагу. | |
| 400 | 1200 | 3 | 7 | 13 | 25 | 37 | Скорость дренирования замедлилась; структура осадка смешанная (состоит частично из флокул, частично из геля.) |
| Табл.3. | ||||||||
| Результаты опытов по флокуляционному кондиционированию и дренированию отходов флотации углей марки Ж, сгущенной с применением высокомолекулярного анионактивного флокулянта при расходе 150 г/т. (С=205 кг/м3. Объем суспензии в одном опыте - 500 мл) | ||||||||
| Катионактивные флокулянты. Расход, г/т | Объем фильтрата | Примечания | ||||||
| 50 мл | 100 мл | 150 мл | 200 мл | 250 мл | ||||
| низкомолекулярный | высокомолекулярный | |||||||
| 400 | 200 | Время, с | 4 | 9 | 16 | 27 | 43 | Скорость дренирования замедлилась; осадок сфлокулирован не полностью |
| 400 | 400 | 2 | 8 | 12 | 22 | 34 | Скорость дренирования замедлилась; структура осадка смешанная (состоит частично из флокул, частично из геля) | |
| 400 | 800 | 1 | 3 | 5 | 9 | 18 | Скорость дренирования высокая; осадок состоит преимущественно из флокул, легко отдает влагу. | |
| 400 | 1200 | 3 | 7 | 10 | 19 | 29 | Скорость дренирования замедлилась; структура осадка смешанная (состоит частично из флокул, частично из геля) |
1. Способ обезвоживания суспензий, включающий обработку суспензии двумя катионными флокулянтами с последующим отделением твердой фазы от жидкой фазы, отличающийся тем, что предварительно определяют содержание твердой фазы суспензии, затем суспензию последовательно обрабатывают в аппарате для перемешивания раствором флокулянта в катионной форме, имеющим низкую молекулярную массу и высокую катионную активность, переводят суспензию в следующий аппарат для перемешивания и в процессе перевода или во втором аппарате для перемешивания обрабатывают суспензию раствором второго катионного флокулянта, имеющим высокую молекулярную массу и низкую катионную активность, переводят обработанную суспензию на ленточный фильтр-пресс с последующим отделением твердой фазы.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют соотношение флокулянтов низкомолекулярного и высокомолекулярного, равное 2:1-1:3.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию предварительно сгущают с использованием анионактивного флокулянта.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют соотношение флокулянтов анионактивного и низкомолекулярного катионного, равное 1:2-1:20.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют растворы флокулянтов с концентрацией 0,03-0,20 мас.%.
6. Способ по п.3, отличающийся тем, что перемешивание растворов флокулянтов с суспензией происходит при переходном от ламинарного режима к турбулентному или неразвитом турбулентном режиме движения суспензии.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют растворы флокулянтов с концентрацией 0,20-2,0 мас.%.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что в аппаратах для перемешивания раствора флокулянта с суспензией раствор флокулянта подают в поток суспензии тонким слоем через полую ось вращающейся мешалки.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что мешалку вращают со скоростью 100-4000 об/мин.
10. Способ по п.8, отличающийся тем, что создают давление суспензии в аппаратах для перемешивания от 0,2 до 16 атм.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение твердой фазы осуществляют отжимом.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что обрабатывают суспензию угольных шламов.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что обрабатывают суспензию минерального сырья.
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что обрабатывают суспензию отходов производства.
15. Способ по п.1, отличающийся тем, что обрабатывают сточные воды.
