專利名稱：通過重力沉淀來精制過程流體的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從過程流體(process liquor)中提取固體的裝置和方法，更具體地，涉及一種用于從過程流體中提取經(jīng)重力沉淀(settle)的固體(包括析出物(precipitate))的裝置和方法。盡管并非排他地，但是本發(fā)明具體應(yīng)用至用于制備帶有固體的粘性流的工業(yè)過程中，所述固體包括在通過拜耳工藝(Bayer process)從鋁土礦生產(chǎn)鋁的過程中大量析出的
氫氧化招。
背景技術(shù)：
在拜耳工藝的過程中，通過控制與流體相關(guān)聯(lián)的工藝條件，從過程流體中析出氫氧化鋁。析出物沉淀在稱為沉降槽(thickener)的容器的底部，使得析出物從流體中沉淀出的工藝稱為沉降(thickening)。這些析出物會(huì)是具有一個(gè)范圍尺寸的顆粒的形式,包括一些較粗大尺寸和一些較精細(xì)尺寸。較粗大尺寸和較精細(xì)尺寸范圍中的顆粒的比例取決于工藝條件。沉降造成朝向沉降槽的底部的流體的較粗大析出物含量高，且非常粘，而在容器的頂部附近的流體的較精細(xì)的析出物含量非常低。過程流體可穿過一系列的沉降槽；一些沉降槽具有將粗大的析出物從精細(xì)的析出物分離的效果，其他的沉降槽基本上從過程流體中移除精細(xì)的析出物，從而形成所謂的“干凈流體”。所述干凈流體被移除且經(jīng)歷進(jìn)一步的處理步驟，之后被返回至拜耳工藝，用作在鋁土礦溶出中所使用的苛性堿流體。用于將粗大的析出物從精細(xì)的析出物分離的沉降槽稱為分類器。應(yīng)理解，下文所使用的術(shù)語“沉降槽”包括對分類器的引用。通常通過泵送從沉降槽的底部移除粘性流體(還稱為“漿體”)。然而，漿體的高粘性可在沉降槽的出口的近處形成用于漿體的優(yōu)選的流動(dòng)路徑。結(jié)果，流動(dòng)路徑外的固體沉淀，并且在沉降槽內(nèi)部堆積(build-up)。所形成的優(yōu)選的流動(dòng)路徑稱為“鼠洞(rat-hole)，，。鼠洞的影響是經(jīng)沉淀的析出物減小了所述沉降槽內(nèi)的總操作容積。這意味著，過程流體在所述沉降槽內(nèi)具有較短的停留時(shí)間，從而從沉降槽所提取的粘性漿體具有低于用于隨后處理所預(yù)期的析出物含量。這還導(dǎo)致從所述沉降槽的頂部附近所提取的過程流體中的析出物含量和析出物尺寸的增大，從而對隨后的處理步驟的性能造成負(fù)面影響。因此，必須平均每隔兩個(gè)月關(guān)斷沉降槽，清除經(jīng)沉淀的析出物，從而保持經(jīng)提取的漿體中合適的析出物含量。有時(shí)，經(jīng)沉淀的析出物會(huì)移位，掉落在優(yōu)選的流動(dòng)路徑中，使得經(jīng)提取的漿體在析出物含量中將具有隨機(jī)峰值。這使得下游處理困難，并且需要額外的控制步驟，從而確保經(jīng)提取的漿體的析出物含量合理地一致。因而，有必要減少“鼠洞”以及在沉降槽中所堆積的經(jīng)沉淀的固體。應(yīng)理解，在說明書全文中所使用的術(shù)語“固體”包括析出物。

發(fā)明內(nèi)容
申請人:已意識(shí)到，通過將已沉淀的固體以及正在沉淀的固體重新引入從沉降槽的底部離開的高粘性漿體的液流中，可減小鼠洞的效應(yīng)。具體而言，申請人已意識(shí)到，將沉降槽容器的側(cè)壁附近的已沉淀的固體和高粘性漿體引導(dǎo)至離開沉降槽容器的漿體的流動(dòng)路徑的近處具有減小沉降容器的側(cè)壁周圍的固體堆積程度的效果。根據(jù)第一方面，提供了一種用于精制(refining)包括固體的過程流體的裝置，該裝置包括:(a) —個(gè)容器，具有一個(gè)底部和一個(gè)側(cè)壁，該底部和該側(cè)壁限定一個(gè)內(nèi)部容積，用于容納所述過程流體并且用于允許所述流體中的固體的重力沉淀，由此朝向所述內(nèi)部容積的頂部產(chǎn)生經(jīng)精制的流體，并且朝向所述內(nèi)部容積的底部產(chǎn)生漿體；(b)—個(gè)經(jīng)精制的流體的出口，在所述內(nèi)部容積的頂部處或者頂部附近，用于提取低固體含量的經(jīng)澄清(clarified)的流體；(C) 一個(gè)漿體出口，在所述內(nèi)部容積的底部處或者底部附近，用于提取所述漿體，該漿體出口不受限制地開口朝向所述內(nèi)部容積；以及(d)固體移置元件，布置在所述內(nèi)部容積中，用于引導(dǎo)所述側(cè)壁的近處或所述底部的近處中已沉淀的固體和/或正在沉淀的固體朝向從所述內(nèi)部容積的底部處或底部附近的所述漿體出口提取的漿體的流動(dòng)路徑。所述過程流體可以是包含析出的氫氧化鋁的拜耳工藝流體。所述固體移置元件具有兩個(gè)效果。具體而言，所述固體移置元件與所述側(cè)壁的近處或所述底部的近處的固體接合，并且將所述固體移動(dòng)得更接近于從所述容器提取的漿體的流動(dòng)路徑。因而，這些固體被帶回從而夾帶在流動(dòng)路徑中，并且有利于產(chǎn)生從容器中提取的經(jīng)沉降的漿體。因而，所述經(jīng)沉降的漿體與在沒有固體移置元件的情況下所沉降的過程流體相比具有更高的固體含量。所述固體移置元件還具有例如通過使經(jīng)沉淀的固體崩塌(avalanch)或崩陷(cascade)、使得已經(jīng)沉淀在所述容器的側(cè)壁附近或者底部附近的固體從高的固體堆積的區(qū)域移動(dòng)至低的固體堆積的區(qū)域的效果。所述低的固體堆積的區(qū)域是漿體前進(jìn)通過該裝置并且通過容器的底部處或底部附近的漿體出口離開容器的區(qū)域，并且還是固體移置元件接合經(jīng)沉淀的固體并且將它們帶到離開容器的漿體的流動(dòng)路徑中的區(qū)域。所述固體移置元件具有在布置有固體移置元件的區(qū)域中攪動(dòng)流體的另一效果，從而防止那些區(qū)域中的固體的沉淀。所述攪動(dòng)對于使先前沉淀的固體重新夾帶回到漿體中是重要的。還重要的是，確保在側(cè)壁處和固體堆積的其他區(qū)域處沉淀之后，從所述過程流體重力沉淀出的固體保持夾帶有被帶回至夾帶的固體。因此，實(shí)際上所述固體移置元件并非用于運(yùn)輸固體或?qū)⒐腆w從所述容器中移除。相反，所述固體移置元件用于生產(chǎn)具有較高固體含量的經(jīng)沉降的漿體，用于使已經(jīng)沉淀在所述容器的側(cè)壁附近或底部附近的固體移動(dòng)，并且用于攪動(dòng)布置有所述固體移置元件的區(qū)域中的流體。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述固體移置元件被布置用于引導(dǎo)所述側(cè)壁的近處或所述底部的近處的固體朝向所述漿體的流動(dòng)路徑。在任何情形中，包括當(dāng)所述容器的底部并非水平的情形中，固體移置元件可被布置用于引導(dǎo)所述容器的底部上方的所述容器的壁的近處(在所述側(cè)壁處或所述底部處)的固體朝向所述漿體的流動(dòng)路徑。在本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中，所述側(cè)壁的近處中的一部分固體(S卩，已沉淀的固體和/或正在沉淀固體)被移置元件物理接合(physically engaged)。用“物理接合”表示移置元件的一個(gè)或多個(gè)部分以如下一種方式接觸側(cè)壁的近處或底部的近處中的該部分固體，即，使得該部分在所述容器中移動(dòng)朝向從所述漿體出口提取的漿體的流動(dòng)路徑，所述流動(dòng)路徑被定向?yàn)槌蛩鋈萜鞯牡撞?。所述移置元件的頂部、至少一個(gè)側(cè)部，優(yōu)選地所有側(cè)部，更優(yōu)選地所述底部，是無遮蔽的，并且暴露至所述容器的內(nèi)部容積中的固體。換句話說，移置元件優(yōu)選是無遮蔽的、無限界的(unconfined)，或者未被容器的內(nèi)部容積中的任何其他構(gòu)件所阻擋。所述移置元件優(yōu)選地具有細(xì)長形狀。所述細(xì)長的移置元件在所述元件的長度的至少一部分以上，優(yōu)選地在大部分長度以上，即，大于其長度的50%，優(yōu)選地是暴露的、無遮蔽的、無限界的，或者未被所述元件周圍的任何其他構(gòu)件所阻擋。這允許至少沿著移置元件在容器內(nèi)的大部分長度、且優(yōu)選地沿著移置元件在容器內(nèi)的全部長度，使所述漿體無限界地且不受束縛地接近所述移置元件。以這種方式接近所述移置元件應(yīng)當(dāng)不會(huì)遇到任何限制點(diǎn)或阻礙點(diǎn)，所述限制點(diǎn)或阻礙點(diǎn)會(huì)在漿體流前進(jìn)至接觸元件時(shí)跨接或阻擋漿體流。因而，在從容器的內(nèi)部到達(dá)元件之前，應(yīng)當(dāng)不使?jié){體穿過狹窄的開口。如果不存在任何限界的表面或者物體來限制向下的流動(dòng)，則高粘性的漿體將在重力的作用下正常流動(dòng)。優(yōu)選地，漿體出口在容器的底部中形成。漿體出口不受限制地打開朝向容器的內(nèi)部容積。換句話說，漿體出口與容器的內(nèi)部容積開放連通，并且是無遮蔽的、無限界的，或者未被容器的內(nèi)部容積內(nèi)側(cè)的任何其他構(gòu)件所阻擋。固體移置元件可被配置用于引導(dǎo)固體徑向向內(nèi)地朝向從容器底部的漿體出口提取的漿體的流動(dòng)路徑。優(yōu)選地，處于容器的底部處或底部附近的漿體出口位于容器的中間。固體移置元件可以是可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿。認(rèn)為可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿有效地用于引導(dǎo)固體，而不會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部容積的上部水平處的攪動(dòng)，所述攪動(dòng)可能干擾來自該區(qū)域的固體的重力沉淀。因此，固體移置元件優(yōu)選地被布置在沉降槽容器的內(nèi)部容積的、通常發(fā)生來自正在沉淀的固體的固體堆積的下部區(qū)域中?？纱嬖谥辽僖粋€(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿，用于引導(dǎo)固體朝向從漿體出口提取的漿體的流動(dòng)路徑。替代地，可存在至少兩個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿。在一個(gè)具體形式中，可存在4個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿，每一可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿被配置為在相鄰的可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿的約90度處。在另一形式中，可存在一組兩個(gè)彼此平行的可轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，可選地可能存在兩組或者更多組。在任一實(shí)例中，可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿被配置為使得通過可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿將固體引導(dǎo)至一個(gè)中心區(qū)域，所述中心區(qū)域與經(jīng)由容器的底部處或者底部附近的漿體出口離開容器的漿體的流動(dòng)路徑的位置疊合(Co inc i de )?？赊D(zhuǎn)動(dòng)的螺桿可以通過兩個(gè)或更多個(gè)段形成，每一段可以是不同的長度。每一段中的螺桿可具有不同的間距和/或不同的直徑。每一可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿可具有第一段和第二段，所述第一段具有第一直徑和/或第一間距長度，所述第二段具有第二直徑和/或第二間距長度，其中所述第一直徑和/或所述第一間距長度小于所述第二直徑和/或所述第二間距長度。所述第一分段可鄰近于所述裝置的側(cè)壁?？稍趯?yīng)的橫向?qū)?zhǔn)的軸上形成所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿，每一軸可穿過所述側(cè)壁，并且可聯(lián)接至一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。所述軸的第一端部上的螺桿可以與所述軸的另一端部上的螺桿被相對地操縱。這允許單個(gè)軸上存在兩個(gè)螺桿，并且允許這兩個(gè)螺桿以相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而各自朝向所述容器的中心并遠(yuǎn)離所述容器的側(cè)壁運(yùn)輸材料。所述驅(qū)動(dòng)器可包括一個(gè)馬達(dá)和一個(gè)齒輪箱，用于控制所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。所述馬達(dá)可以是電動(dòng)的或者液壓的。所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸可被形成以在正常操作條件下，每一可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸提供50至200m3/h的標(biāo)稱處理量(nominal throughput),但是優(yōu)選地每一可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸提供80至120m3/h的標(biāo)稱處理量。優(yōu)選地，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸以一個(gè)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，并且被定尺寸使得它們能夠?qū)⑼ㄟ^所述容器的底部處的出口離開所述容器的總固體的50%至100%范圍內(nèi)的固體運(yùn)輸朝向所述容器的中心。所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿可運(yùn)輸離開所述容器的總固體的至少70%，但是可以運(yùn)輸離開所述容器的總固體的至少80%或者甚至高達(dá)至少90%。所述經(jīng)精制的流體可具有0至25vol%范圍的固體含量。所述經(jīng)沉降的衆(zhòng)體可具有10vol%至60vol%范圍的固體含量。所述裝置可以是一個(gè)沉降槽容器，用于對拜耳工藝中的過程流體進(jìn)行沉降或分類。所述過程流體可以是拜耳工藝的鋁土礦溶出步驟的產(chǎn)物。因此，沉降槽容器可以用于對包含析出的氫氧化鋁的拜耳工藝流體進(jìn)行沉降或分類。從所述裝置移除的經(jīng)精制的流體可被循環(huán)至鋁土礦溶出步驟。在第二方面中，提供了一個(gè)加工車間，包括位于所述車間中的根據(jù)第一方面所述的精制裝置，所述裝置:(a)接收一個(gè)過程流體的輸入流；以及，(b)容納經(jīng)精制的流體和漿體，其中從所述裝置的頂部處或頂部附近的經(jīng)精制的流體的出口提取所述經(jīng)精制的流體，并且從所述裝置的底部處或者底部附近的漿體出口提取所述漿體。所述車間還可包括:(a)—個(gè)反應(yīng)器，用于在一定條件下使原料與溶液接觸，從而產(chǎn)生包含有價(jià)值成分的過程流體和殘余固體；(b) 一個(gè)固體/液體分離器，用于將所述殘余固體從所述過程流體移除；以及(c) —個(gè)回收(recovery)裝置,用于從所述衆(zhòng)體中回收所述有價(jià)值的成分。所述車間可以是一個(gè)拜耳工藝車間，其中所述有價(jià)值的成分是含鋁化合物，其中所述反應(yīng)器溶出鋁土礦，以生產(chǎn)在溶液中包含氫氧化鋁的過程流體，所述過程流體經(jīng)歷一定的條件，從而使氫氧化鋁析出，并且回收裝置處理氫氧化鋁以生產(chǎn)氧化鋁。在第三方面中，提供了一種用于通過對容器中的固體進(jìn)行重力沉淀來精制包含固體的過程流體的方法，所述容器包括限定一個(gè)內(nèi)部容積的底部和側(cè)壁，所述方法包括如下步驟:(a)允許所述過程流體中的固體在重力的作用下朝向所述底部沉淀，從而(i )在所述內(nèi)部容積的下部區(qū)域中形成高固體含量的漿體和經(jīng)沉淀的固體的堆積；(ii)在所述內(nèi)部容積的上部區(qū)域中形成經(jīng)精制的流體；(b)從所述容器中分立的提取點(diǎn)提取所述高固體含量的漿體和所述經(jīng)精制的流體；以及(C)操作固體移置元件，從而引導(dǎo)所述側(cè)壁的近處或所述底部的近處的已沉淀的固體和/或正在沉淀的固體朝向從所述容器提取所述高固體含量的漿體的流動(dòng)路徑。所述精制方法可以是用于對拜耳工藝中的過程流體進(jìn)行沉降或分類的方法。所述過程流體可以是拜耳工藝中的鋁土礦溶出步驟的產(chǎn)物。因此，所述方法可以用于對包含析出的氫氧化鋁的拜耳工藝流體進(jìn)行沉降或分類。從所述容器移除的經(jīng)澄清的流體可以循環(huán)至鋁土礦溶出步驟。所述固體移置元件可以是上面關(guān)于第一方面描述的形式。所述固體移置元件可被操作，從而在正常操作條件下提供所述容器的底流(underflow)容量的50%至100%的標(biāo)稱處理量。所述固體移置元件可被操作，從而在正常操作條件下每一固體移置元件提供50至450m3/h范圍的標(biāo)稱處理量,優(yōu)選地50至200m3/h范圍的標(biāo)稱處理量,但是更優(yōu)選地80至120m3/h范圍的標(biāo)稱處理量。步驟(C)可包括控制所述固體移置元件，從而能夠?qū)崿F(xiàn)所述方法的連續(xù)操作。步驟(C)還可包括控制所述固體移置元件的操作，從而在正常操作條件下連續(xù)操作該方法至少兩個(gè)月，更優(yōu)選地至少三個(gè)月。所述方法還包括將過程流體供應(yīng)至所述容器。所述過程流體可以是經(jīng)精制的過程流體。所述方法還包括調(diào)節(jié)所述過程流體的步驟，以使得在將所述流體供應(yīng)至所述容器之前和/或之后析出所述固體。


現(xiàn)在將參考附圖中示出的裝置的一個(gè)實(shí)施例來描述多個(gè)實(shí)施方案，在附圖中:圖1是拜耳工藝的示意性流程圖。圖2是沉降槽容器的一個(gè)實(shí)施方案的示意性橫截面。圖3A是在操作該裝置以對過程流體進(jìn)行沉降之后，圖2中所示出的沉降槽容器的局部排水形態(tài)的照片。圖3B是相應(yīng)于圖3A的照片的圖。圖4也是在操作該裝置以對過程流體進(jìn)行沉降之后，圖2中所示出的沉降槽容器的局部排水形態(tài)的照片。圖3B是相應(yīng)于圖3A的照片的圖。圖5是沉降槽容器的另一實(shí)施方案的不意性橫截面。
具體實(shí)施例方式重力分類器和重力沉淀設(shè)備通常用在濕法冶金工藝中，以將固體從過程流體中分離。一個(gè)實(shí)例是拜耳工藝，其通常使用所述設(shè)備來從過程流體中分離氫氧化鋁。盡管本發(fā)明具有廣泛的應(yīng)用，包括對過程流體進(jìn)行沉降和分類，但是下面的描述涉及對拜耳工藝流體進(jìn)行沉降，以及生產(chǎn)低固體含量的經(jīng)澄清的流體。這不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是將本發(fā)明的應(yīng)用限制為沉降。在圖1中總體示出了用于從鋁土礦中生產(chǎn)氧化鋁的拜耳工藝。
總體來講，拜耳工藝涉及一個(gè)反應(yīng)器1，所述反應(yīng)器I供應(yīng)有碎鋁土礦3和溶劑2，所述溶劑2通常是處于高溫下的苛性堿溶液。溶劑2選擇性地溶解含鋁化合物，以生產(chǎn)載有氫氧化鋁形式的鋁的過程流體。鋁土礦的其余部分不溶解，而是形成精細(xì)的“赤泥(redmud)” 5，在固體/液體分離步驟4，通常是一個(gè)多級重力沉淀裝置，“赤泥”5從過程流體中分離。然后過程流體被傳送到析出劑容器6，在析出劑容器6中，過程流體被調(diào)節(jié)以使得氫氧化鋁析出為固體。然后過程流體或漿體11被傳送至沉降槽裝置7，所述沉降槽裝置將經(jīng)澄清的流體13循環(huán)至碎鋁土礦3。沉降槽裝置7允許氫氧化鋁在重力作用下沉淀，以形成具有相對高的固體含量的漿體11。從所述沉降槽裝置7中提取漿體11。固體的沉降將經(jīng)澄清的流體留在沉降槽裝置7的頂部附近，所述經(jīng)澄清的流體被提取和處理，使得它可以作為溶劑2的至少一部分循環(huán)至反應(yīng)器I。來自沉降槽裝置7的漿體經(jīng)進(jìn)一步的處理，以將固體氫氧化鋁從漿體中分離。然后，在約1050°C于窯8中煅燒所述固體，使得氫氧化鋁分解為氧化鋁9(固體)和水蒸氣。然后，氧化鋁可用作用于冶煉氧化鋁以生產(chǎn)鋁金屬的分離工藝中的原料。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，沉降槽裝置7形成為圖2中的容器10。容器10具有一個(gè)具有倒平截頭圓錐形狀的底部12，側(cè)壁14從所述底部12朝上延伸,從而共同限定一個(gè)內(nèi)部容積(volume)，該內(nèi)部容積用于接收過程流體22形式的輸入液體，以及用于允許通過懸浮固體的重力沉淀來沉降所述過程流體22。下文中使用術(shù)語“過程流體”來表示包含固體的液體，在拜耳工藝的情形中，所述固體可以是氫氧化鋁析出物。經(jīng)由形成于底部12中的、提取端口 16形式的漿體出口來移除經(jīng)沉降的漿體。提取經(jīng)沉降的衆(zhòng)體在內(nèi)部容積內(nèi)形成由標(biāo)記為F的箭頭所標(biāo)示的液流(flow stream)o經(jīng)提取的高固體含量的漿體經(jīng)進(jìn)一步的處理，例如進(jìn)一步將固體從保留在漿體中的過程流體中分離。隨著固體從過程流體沉淀出，經(jīng)澄清的流體30在容器10的上部區(qū)域處形成，并且經(jīng)由經(jīng)澄清的流體端口 20形式的流體出口被提取，以用于隨后的下游處理，例如用于回收和循環(huán)苛性堿以在拜耳工藝中再利用，或者在替代的濕法冶金工藝中回收和循環(huán)其他溶劑。容器10中的過程流體22包括非常精細(xì)的固體，通常具有95至105 iim范圍內(nèi)的平均固體顆粒尺寸。因而，在沉淀時(shí)，這些固體表現(xiàn)為黏土樣材料。隨著固體在重力作用下沉淀，容器10內(nèi)部的情況相對沉寂。這使得沉淀在底部12上的固體形成一個(gè)層50。所述漿體的液流F被保持，其中經(jīng)沉降的漿體(即高固體含量的漿體)持續(xù)流過容器10并且經(jīng)由漿體提取端口 16流出。在運(yùn)行時(shí)，假設(shè)在底部12上出現(xiàn)了固體層50的堆積，則它將減小容器10的運(yùn)行內(nèi)部容積，從而減小過程流體在容器10中可被處理的程度。實(shí)際上，輸入過程流體22在內(nèi)部容積中的停留時(shí)間減小，使得經(jīng)由漿體提取端口 16所提取的漿體具有可變的固體含量，并且通常可能遠(yuǎn)低于所期望的。為了抵消上述效應(yīng)，容器10包括螺桿60，螺桿60包括位于軸64上的螺旋葉片62。軸64在容器10的直徑上延伸，并且延伸出側(cè)壁14。軸64被齒輪箱66驅(qū)動(dòng)，所述齒輪箱66聯(lián)接至電馬達(dá)68，以控制軸64的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制螺桿60的轉(zhuǎn)動(dòng)。螺桿60的葉片62從緊靠側(cè)壁14處延伸至內(nèi)部容積與高固體含量的漿體的液流F疊合的中心區(qū)域。因此，螺桿60引導(dǎo)所述層50中的固體(在容器的底部12和側(cè)壁14上堆積的固體)進(jìn)入容器10與液流F疊合的中心區(qū)域。因此，固體被徑向向內(nèi)地引向液流F，使得液流F供應(yīng)有固體，以便于形成高固體含量的漿體。在不存在螺桿60的情況下，所述層50通常會(huì)堆積到由圖2中的虛線所示出的程度。圖2以示意性形式示出了經(jīng)澄清的流體30和漿體40之間的界限。然而，容器中的固體濃度通常隨著在容器中的深度而增大，使得在容器10中液體的上表面處，固體已經(jīng)幾乎完全從過程流體中沉淀出，留下經(jīng)澄清的流體30。然而，可以看到，隨著層50中的固體堆積至虛線的程度，容器中的可用容積顯著減小。螺桿60減少了所述堆積，并且確保盡管持續(xù)使用，但是基本維持了可用容積。這具有如下重要的影響:根據(jù)容器10的尺寸，在需要維護(hù)以清潔層50之前，容器I的爐齡增大超過兩個(gè)月，并且通常至少三個(gè)月。在圖3和圖4中最佳地看到螺桿60的近處層50的堆積的減小。具體地參考圖4，相比于螺桿60的近處中的固體水平，遠(yuǎn)離螺桿60的區(qū)域中的、容器10的側(cè)壁14上的固體水平明顯更高。替代地，螺桿60可被安裝為穿過圓錐底部12，如圖5上所示出的。在希望不局限于任何具體原理的情況下，申請人相信螺桿60將層50中的固體傳輸朝向容器與高固體含量的漿體的液流F疊合的中心區(qū)域。盡管層50可以持續(xù)在遠(yuǎn)離螺桿60的區(qū)域中堆積，但是由于堆積的差異導(dǎo)致所述固體層50失去平衡，并且由于固體的崩塌或者崩陷，通常會(huì)朝向螺桿60或者朝向容器的中心區(qū)域掉落。還相信，螺桿提供足夠的攪動(dòng)，以在所述螺桿的近處將固體保持夾帶在離開容器的固體流中，從而使得高固體含量的漿體從側(cè)壁14轉(zhuǎn)移進(jìn)入液流F中。該裝置包括以直角布置在容器10的下部區(qū)域處(并且通常是固體形成層50的位置)的四個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿60。在該配置中，所述螺桿引導(dǎo)固體徑向向內(nèi)地朝向中心區(qū)域。然而，應(yīng)預(yù)料到，當(dāng)在容器10中使用多于四個(gè)或者少于四個(gè)的螺桿60時(shí)，可以采用替代的配置。然而，優(yōu)選地，圍繞容器10等間距地布置螺桿60，從而使層50的堆積穩(wěn)定，并且延長維護(hù)清除之間的時(shí)間。參考圖3，兩個(gè)螺桿60在一個(gè)軸45上形成，其余的兩個(gè)螺桿在另一軸64上形成。軸64正交布置，但是被豎直分離，以避免干擾。側(cè)壁14的內(nèi)側(cè)上的安裝夾具被提供用于將每一軸64相對于容器10固定，并且仍能夠?qū)崿F(xiàn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。軸64的任一端部上的螺桿被相對地操縱，使得每一螺桿移動(dòng)固體遠(yuǎn)離側(cè)壁并且朝向液流F，所述液流F通常在容器的中心。實(shí)踐上，在內(nèi)部直徑為約7.3m的容器10中，通過電馬達(dá)68和齒輪箱66使得螺桿60以7.5rpm轉(zhuǎn)動(dòng)。每一螺桿在鄰近于側(cè)壁14的第一段具有450mm至550mm的直徑,并且在第一段的內(nèi)側(cè)的第二段具有550mm至650mm的直徑。第一段長約1.5m,并且葉片62的間距為400_至500_。第二段長約1.1m,并且葉片62的間距為500_至650_。每一螺桿60都是具有前緣(leading edge)的類型，所述前緣切入層50中的固體，使得所述固體被卷入，并且沿著螺桿60的長度被傳輸。當(dāng)螺桿60改變直徑時(shí)，存在一個(gè)額外的前緣，所述額外的前緣將額外的固體聚集到螺桿傳輸路徑的額外容積中，并且還引導(dǎo)這些額外的固體朝向容器10的中心。基于上述圖，螺桿60中的每一個(gè)都具有100m3/h的標(biāo)稱處理量。然而，應(yīng)理解，螺桿的長度、間距和直徑可被選定，從而根據(jù)容器10的直徑和漿體中固體的性質(zhì)來提供所要求的固體傳遞。初步測試工作表明，不具有螺桿60的容器10產(chǎn)生固體濃度為600_850gpl的底流(即，24.8至35.1體積百分比的固體)。相比之下，如圖3和圖4中所示出的裝配有螺桿60的相同的容器10產(chǎn)生固體濃度為1050-1150gpl的底流(S卩，43.4至47.5體積百分比的固體)。應(yīng)理解，這些結(jié)果是在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的測試條件下獲得的，正常車間條件下的實(shí)際固體濃度可能要小。然而，期望的是，螺桿60的使用將為來自沉降槽容器10中的固體濃度帶來顯著的改進(jìn)。在隨后的權(quán)利要求以及本發(fā)明的前述描述中，除非上下文由于表達(dá)語言或者必要的暗示需要，詞語“包括”或變體諸如“包含”或“具有”以包括性的意義使用，即，指出所聲明的特征的存在，但是在本發(fā)明的其他實(shí)施方案中不排除存在或增加其他特征。在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對上面所描述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案做出許多改型。
權(quán)利要求
1.一種用于精制包括固體的過程流體的裝置(7)，該裝置包括: Ca) 一個(gè)容器(10)，具有一個(gè)底部(12)和一個(gè)側(cè)壁(14)，該底部(12)和該側(cè)壁(14)限定一個(gè)內(nèi)部容積，用于容納所述過程流體(22)以及用于允許所述流體中的固體的重力沉淀，由此朝向所述內(nèi)部容積的頂部產(chǎn)生經(jīng)精制的流體(30)以及朝向所述內(nèi)部容積的底部產(chǎn)生漿體(40)； (b)—個(gè)經(jīng)精制的流體的出口(20)，在所述內(nèi)部容積的頂部處或頂部附近，用于提取所述經(jīng)精制的流體； (c)一個(gè)漿體出口(16)，在所述內(nèi)部容積的底部處或底部附近，用于提取所述漿體，該漿體出口(16)不受限制地開口朝向所述內(nèi)部容積；以及 (d)固體移置元件，被布置在所述內(nèi)部容積內(nèi)，用于引導(dǎo)在所述側(cè)壁的近處或所述底部的近處中已沉淀的固體和/或正在沉淀的固體朝向從所述漿體出口提取的漿體的流動(dòng)路徑(F)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述過程流體是包含析出的氫氧化鋁的拜耳工藝流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述固體移置元件被布置用于引導(dǎo)所述容器的底部上方的所述容器(10)的壁(14;12)的近處中的固體朝向從所述漿體出口(16 )提取的漿體的流動(dòng)路徑(F)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述固體移置元件被配置用于引導(dǎo)已沉淀的固體和/或正在沉淀的固體徑向向內(nèi)地朝向所述漿體的流動(dòng)路徑(F)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述漿體出口(16)在所述底部(12)形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述漿體出口(16)位于所述容器(10)的中心。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述固體移置元件被布置在所述容器(10)的所述內(nèi)部容積的下部區(qū)域中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述固體移置元件在它們的頂部和它們的至少一個(gè)側(cè)部處是無遮蔽的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述固體移置元件是無遮蔽的、無限界的，或者未被所述容器(10 )的所述內(nèi)部容積中的任何其他構(gòu)件所阻擋。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述固體移置元件包括至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿(60)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述固體移置元件包括至少兩個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿(60)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述固體移置元件包括四個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿，每一可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿被配置為在相鄰的可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿的約90度處。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述固體移置元件包括一組兩個(gè)彼此平行的可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿(60)被配置為使得固體被所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿引導(dǎo)至與所述流動(dòng)路徑(F)的位置疊合的中心區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿(60)由不同長度、不同間距和/或不同直徑的兩個(gè)或更多個(gè)段形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿(60)或每一可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿(60)都具有第一段和第二段，所述第一段具有第一直徑和/或第一間距長度，所述第二段具有第二直徑和/或第二間距長度，其中所述第一直徑和/或所述第一間距長度小于所述第二直徑和/或第二間距長度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述第一段與所述裝置的所述側(cè)壁(14)或所述底部(12)相鄰。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至17中任一項(xiàng)所述的裝置，其中至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿(60)或者每一可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿(60)都在對應(yīng)的橫向?qū)?zhǔn)的軸(64)上形成，每一軸穿過所述側(cè)壁且被聯(lián)接至一個(gè)驅(qū)動(dòng)器(66，68 )。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述軸(64)的第一端部上的螺桿與所述軸(64)的另一端部上的螺桿被相對地操縱。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述裝置是一個(gè)用于對拜耳工藝中的過程流體進(jìn)行沉降或分類的沉降槽容器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述過程流體是拜耳工藝中的鋁土礦溶出步驟的產(chǎn)物。
22.—種加工車間，其包括位于所述車間中的根據(jù)權(quán)利要求1至21中任一項(xiàng)所述的精制裝置(7)，所述裝置:(a)接收一個(gè)過程流體的輸入流(11);以及，(b)容納經(jīng)精制的流體和漿體，其中從所述裝置的頂部處或頂部附近的經(jīng)精制的流體的出口提取所述經(jīng)精制的流體(13)，并且從所述裝置的底部處或底部附近的漿體出口提取所述漿體。
23.一種通過對容器(10)中的固體進(jìn)行重力沉淀來精制包括固體的過程流體的方法，所述容器(10)具有限定一個(gè)內(nèi)部容積的底部(12)和側(cè)壁(14)，所述方法包括如下步驟: (a)允許所述過程流體中的固體在重力作用下朝向所述底部沉淀，從而(i)在所述內(nèi)部容積的下部區(qū)域中形成高固體含量的漿體和經(jīng)沉淀的固體的堆積；以及(ii)在所述內(nèi)部容積的上部區(qū)域中形成經(jīng)精制的流體； (b)從所述容器的分立提取點(diǎn)提取高固體含量的漿體和經(jīng)精制的流體；以及 (c)操作固體移置元件，從而引導(dǎo)所述側(cè)壁的近處或所述底部的近處中的已沉淀的固體和/或正在沉淀的固體朝向從所述容器提取的高固體含量的漿體的流動(dòng)路徑。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述過程流體是包含析出的氫氧化鋁的拜耳工藝流體。
全文摘要
一種用于精制包含固體的過程流體的裝置，所述裝置包括一個(gè)容器，該容器具有一個(gè)底部和一個(gè)側(cè)壁以限定一個(gè)內(nèi)部容積，該內(nèi)部容積用于容納所述過程流體，并且用于允許對所述流體中的固體進(jìn)行重力沉降，由此朝向所述內(nèi)部容積的頂部生成經(jīng)精制的流體，以及朝向所述內(nèi)部容積的底部生成漿體，所述裝置還包括布置在所述內(nèi)部容積內(nèi)的固體移置元件，用于引導(dǎo)所述側(cè)壁的近處或所述底部的近處中的已沉降的固體和/或正在沉降的固體朝向從所述漿體出口提取所述漿體的流動(dòng)路徑。一個(gè)包括上述精制裝置的處理車間，以及一種用于精制過程流體的方法。
文檔編號B01D21/02GK103118756SQ201180045867
公開日2013年5月22日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者G·裴洛坤, A·拉魯什, A·博伊文, M·圣-勞倫特, R·吉拉德, G·西馬德 申請人:力拓艾爾坎國際有限公司