NL8201152A - Werkwijze voor het ontwateren van mineraalsuspensies. - Google Patents

Description

ίν * > Η.Ο. 30922 ” 1

Werkwijze voor het ontwateren van mineraalsuspensies.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het ontwateren van mineraalsuspensies.

Bij het voorbereiden van mineralen, het concentreren van ertsen, het voorbereiden van kolen, bij suspensiewerkzaamheden 5 voor grondwerk, bij de afvalwater reiniging enz. ontstaan zeer grote hoeveelheden fijne suspensies, waarvan de ontwatering en opslag overeenkomstig de steeds strenger wordende voorschriften van de natuurbescherming aanzienlijke moeilijkheden én aanzienlijke kosten veroorzaken.

10 Yoor het oplossen van deze problemen werden enkele continue en periodieke, met flotatie en vlokken-uitzakking gecombineerde werkwijzen uitgewerkt. Bij deze werkwijzen vinden verschillende raam-, schijf-, band- en trommelzeven, vacuum- en perszeven, alsmede centrifuges toepassing. ïïit de praktijk is ook bekend, de 15 precipitatie door calcium- resp. magnesiumhydroxide, alsmede grove toeslagmaterialen, zeefhulpmiddelen (bijvoorbeeld zand) te gebruiken of wel de pH-waarde te veranderen. Bij de filtratie van ijzerertsen worden sinds lang de uit de textielindustrie bekende gesulfoneerde organische verbindingen toegepast.

20 Dergelijke werkwijzen en de voor de uitvoering, vereiste inrichtingen zijn bijvoorbeeld in de Duitse octrooischriften 2.6ΐ4·26θ en 1.119*826, alsmede de Amerikaanse octrooischriften 3·398·093» 2.266*954 en 3*408.293 uitvoerig beschreven.

De uit de stand der techniek bekende oplossingen brengen 25 echter niet de verwachte en met de voorschriften overeenkomende resultaten. Een even belangrijk en gemeenschappelijk nadeel is, dat zij uit economisch gezichtspunt zeer onvoordelig zijn. Het ontwateren vereist een grote uitgave aan energie en in ingewikkelde en dure inrichtingen. Uit de praktijk zijn filteroppervlakcapaci-30 teiten van 10 tot 60 kg/m /uur bekend, die bij de gunstigste samenstellingen en granulometrische verhoudingen tot 150 kg/m /uur verhoogd konden worden.

Deze reeds bekende oplossingen hebben dus een voortdurend onderzoek naar de mogelijkheid van verdere ontwikkeling noodzake-35 lijk gemaakt. Daarbij heeft aanvraagster herkend, dat de basis van de moeilijke filtreerbaarheid resp. het vermogen tot ontwateren 8201152 * Ί - 2 - van de suspensies ligt in hun neiging tot thixotropie en de uit deze neiging resulterende toename van de structurele viscositeit, alsmede in de grote zeta-potentiaal tussen de zwevende stoffen en het middel. Daaruit ontstaat een groot structureel vochtgehalte, 5 dat slechts met grote energiekosten verwijderd kan worden en waarvoor aanzienlijke investeringen en bedrijfskosten noodzakelijk zijn.

De uitvinding berust op het inzicht, dat door veranderen van de eigenschappen aan de grensvlakken van de zwevende stoffen hun neiging tot thixotropie en hun zeta-potentiaal geëlimineerd of 10 tot een minimum verminderd '.kant·:··, worden. Daarmee worden ook het structurele en het solvaatwatergehalte van de suspensies verminderd. De zwevende stoffen van de suspensies dienen derhalve met stoffen te worden behandeld, die hun oppervlakken bekleden en het ontstaan van de suspensiestructuur verhinderen, omdat het capillaire water 15 namelijk in deze suspensiestructuur aanwezig is. Ten slotte wordt het stof gehalte van de suspensie veel meer hydrofoob, wat,·, de vermogens- en energiebehoefte van de ontwatering aanzienlijk verminderd.

Het vermogen van de afzonderlijke materialen de hydrofobe 20 eigenschap„van het stofgehalte van de suspensie te verhogen, kan door het meten van de CST-waarde van de suspensie bepaald worden (CST = Gapillar Suction Time). Dit is in het boek van H.S. Galle: * Optimising the ïïse of Pretreament Chemicals (Solid Liquid

Separation Equipment Scale Tip, bladzijde 40 tot 82;’Upland Press 25 Ltd. Croydon England, 1976) uitvoerig beschreven. 7oor het karakteriseren van de middelen, die het ontwateren bevorderen, werden voor de moleculen de zogenaamde HLB-waarde (hydrofiele-lypofielebalans),resp. de H/L-waarde (de verhouding van het hydrofiele en het lypofiele deel) ingevoerd. De laatstgenoemde waarde 50 geeft de verhouding van de twee verschillende delen van het molecuul in procenten aan. Deze waarde kan enerzijds gemeten worden, anderzijds uit de aandelen van de moleculen, resp. groepen berekend worden. De definities van deze begrippen zijn in de volgende literatuurplaatsen te vinden: 55 Griffin, W.C.: I. Soc. Cosmetic Chemists 1., (1949) 511,

Griffin, W.C.: I. Soc. Cosmetic Chemists (1954) 249,

Moore, C.; Bell, M.: Soap Parphumery and Cosmetics 2£, (1956) 895, Davis, X. T.: Proceedings of 2nd International Congress on Surfase Activity 40 Juhasz, E.; Lelkesné, Eros, M: Pelületaktiv anyagok zsebkönyve 82 0 1 1 52 ί* » - 3 - (uitgever: Müszaki Könyvkiadó, Budapest, 1979)·

Bij de onderhavige uitvinding is derhalve het probleem ge-•sï, steden zodanige werkwijze voor het ontwateren van mineraal suspensies te verschaffen, waarbij niet alleen de ontoereikendheden van 5 de reeds bekende methoden geëlimineerd worden, maar een wezenlijke verbetering in de ontwatering met eenvoudigere inrichtingen en met veel kleinere energiebehoeften bereikt kan worden.

Op grond van dit inzicht wordt dit probleem bij de onderhavige uitvinding opgelost, doordat aan de te ontwateren suspensie af-10 hankelijk van het gehalte zwevende stof en de moleculaire samenstelling ervan tensiden of een mengsel van tensiden in een hoeveelheid van 0,03 tot 2 % worden toegevoegd, waarbij de tensiden of het mengsel van tensiden een HLB-waarde van 8 tot 12 of een Η/ΐι-waarde van 50 % tot 150 % hebben en de suspensie daarna op één 15 op zichzelf bekende wijze ontwaterd wordt. Be betekenis van deze oplossing is daarin gelegen, dat door de behandeling van de suspensies met de stoffen, die de gegeven HLB- of H/L-waarde hebben, de neiging van de zwevende stoffen van de suspensie tot thixotropie en tot vorming van de suspensiestructuur aanzienlijk verminderd, 20 en vrijwel geëlimineerd wordt, waardoor het vochtbindvermogen van de zwevende stoffen van de suspensie aanzienlijk verkleind wordt.

Bat heeft een duidelijk gunstige uitwerking op de vermogens- en energiebehoefte van het ontwateringsproces.

Be aangename effect kan nog verhoogd worden, wanneer aan de 25 suspensie voor de ontwatering nog een ionogeen ketenpolymeerachtig polyelektroliet of een niet ionogeen ketenpolymeerachtig poly-elektroliet met kationkarakter wordt toegevoegd, waarbij het polyelektroliet in beide gevallen een molecuulgewicht van 500.000 of meer heeft.

30 Volgens de uitvinding kunnen de tensiden of het mengsel van tensiden met een eenvoudige menger, met een centrifugaalpomp, door verstuiving of door het filmachtig in contact brengen van de suspensie worden toegevoegd. Er kan echter ook zodanig te werk worden gegaan, dat de met de tensiden behandelde suspensie op een glijbaan 35 gebracht worden en daar aan het polyelektroliet door bevloeien toegevoegd worden.

Be ontwatering kan daarna volgens de uitvinding in een willekeurig, op zichzelf bekende wijze in een filterreservoir of een - sedimentatiereservoir of een trechtervormig krimpreservoir met een 40 doelmatige kegelhoek van 30° voltooid worden.

8201152 - 4 -

Men kan echter volgens de uitvinding ook zodanig tewerkgaan, dat de met de tensiden en met het polyelektroliet "behandelde en , geconcentreerde suspensie op een sedimentatietrog en in een aange sloten vibratie- of rotatie-cilindervormige zeef gebracht wordt .

' 5 en aldaar ontwaterd wordt'!.

Be te ontwateren, tijdens het technologische proces ontstaande suspensie wordt dus in een reservoir geleid, waardoor verstuiving of door intensief mengen de tensiden aan de suspensie worden toegevoegd. In het ene geval wordt daarna de met de tensiden behan-10 delde suspensie uit het reservoir in een centrifuge of een vacuum-filter geleid en daar ontwaterd. In het andere geval wordt de- . behandelde suspensie uit het reservoir op1 een glijbaan gebracht, waar het polyelektroliet onder mengen wordt toegevoegd, bijvoorbeeld door het filmvormig met elkaar in aanraking brengen. Be van 15 de glijbaan komende suspensie stroomt daarna in het reservoir van een vacuumfilter, waar ontwatering plaats heeft.

Be van de glijbaan komende en met tensiden en polyelektroliet behandelde suspensie kan ook in een sedimentatietrog geleid worden, het water kan van het oppervlak bij het aan het naar binnen stromen 20 tegenovergestelde einder trapsgewijze afgezogen en teruggeleid worden, het geconcentreerde sedimentatiemateriaal kan van de bodem van de sedimentatietrog door een transportmiddel op een roterende zeef gebracht worden en het van de roterende zeef komende materiaal kan naar de opslagplaats geleid worden.

25 Be uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding wordt hierna door enkele voorbeelden nader toegelicht.

Voorbeeld I.

Grondstof: Suspensie onistaan door verrijking van fosfaaterts uit Jordanië.

30 Samenstelling: Enkele procenten onzuiver fosfaat, kaoline, halloisiet, illdefc , montmorilloniet bevattend kleimateriaal.

Granulometrische verdeling: Kleiner dan 0,07 am 48 geν·%, 0,07 tot 0,1 mm 18 gew.?ó en 35 0,1 tot 0,125 mm 34 geν·%·

Suspensieconcentratie: 700 g/liter

Toegepast tensiden: Een mengsel van de met polyethyleenglycol- ether gevormde ester van laurinezuur en met octanol gevormde ester van maleinezuur 40 Toegepaste hoeveelheid: 10 kg/ton droogmateriaal 8201152 - 5 -

Polyelektroliet met kationogeenkarakter: gemethyleerd derivaat van polyacrylamide met een molecuulgewicht van 2 tot 5 miljoen.

Toegepaste hoeveelheid: 0,25 kg/ton droogmateriaal.

5 De toeslagmaterialen vorden in waterige oplossing toegepast.

De bij de verrijking van het fosfaaterts gevormde en hiervoor beschreven suspensie werd in een reservoir geleid, waarin het tenside door verstuiven of door intensief mengen van de suspensie werd gebracht. De suspensie werd daarna uit het reservoir op een 10 glijbaan gebracht, waar het polyelektroliet met kationogeenkarakter door het in contact brengen in filmachtige vorm aan de suspensie onder mengen werd toegevoegd. De van de glijbaan komende suspensie wordt daarna in het reservoir van de vacuumschijfzeef binnengelaten. Daarbij werd een vacuum van delta p =0,9 bar toegepast. De 15 filtercapaciteit was zonder toeslagmaterialen 302 kg/m^/uur droogmateriaal .

De CST-waarde van de suspensie was zonder behandeling 52 sec·.

De CST-waarde van de met het tenside en het polyelektroliet met kationogeenkarakter behandelde suspensie was 4 sec.. De 20 filtercapaciteit was 2487 kg/m /uur. De dikte van de koek was 20 mm.

Het van de zeef afkomende middel werd door een band transporteur verwijderd en het water werd teruggeleid.

Bij hetzelfde filter was de filtercapaciteit bij een koekdikte p van·10 mm zonder behandeling 270 kg/m /uur, na de behandeling met 25 het tenside en het polyelektroliet met kationogeenkarakter was de filtercapaciteit 2790 kg/m /uur.

De resultaten tonen ondubbelzinnig aan, dat door de behandeling met het tenside en het polyelektroliet de filtercapaciteit met het 8 - tot 10-voudige kan worden verhoogd, ook bij verschillende 30 koekdikten.

Voorbeeld II.

Dezelfde suspensie op dezelfde wijze behandeld als in voorbeeld I werd op een bezinkcentrifuge gebracht. De bezinkcentrifuge werd met een toerental van 1000 omwentelingen per min. aangedreven, de 35 centrifugaalkracht in het inwendige was 667 g· Het resultaat: bij de onbehandelde suspensie kan het gehalte zwevende stof zelfs na 10 sec. niet meer van het water worden afgescheiden. Na behandeling van de suspensie wordt de suspensie na 2 sec. op 60 procent geconcentreerd, hetgeen na 10 sec. niet veranderde. De aldus ver-40 dichte suspensie werd op een bandtransporteur gebracht en het eruit 8201152

V

- 6 - gewonnen water werd in het systeem teruggeleid.

Voorbeeld III.

Grondstof; ^uspensie ontstaan bij de bewerking van de steenberg van een mijn in Joegoslavië.

5 Samenstelling: 5 % kool 95 % kleimergel.

Granulometrische verdeling van de suspensie:

Kleiner dan 0,07 mm 4 gew.% 0,07 tot 0,1 mm 9 gew.% 10 0,1 tot 0,125 mm 25 gew.% 0,125 tot 0,315 mm 64 gew.%.

Suspensieconcentratie: 430 g/liter.

Toegepast tenside: Ester van de polyethyleenglycolether gevormd met bij het ontleden van plantaardige oliën 15 ontstane gemengde vetzuren.

Toegepaste hoeveelheid: 8 kg/ton droogmateriaal.

Toegepast polyelektroliet: Polyacrylamide met een molecuulgewicht 2-5 miljoen.

Toegepaste hoeveelheid: 0,20 kg/ton droogmateriaal.

20 De na de afscheiding van de kool van de van de cycloon af komstige suspensie werd in een reservoir gebracht, waar het tenside met verstuivers of door intensief mengen werd toegevoegd. Uit het reservoir stromende suspensie werd op een glijbaan gebracht, waardoor filmachtig contact het polyelektroliet met kationogeenkarak-25 ter werd toegevoegd. De van de glijbaan komende suspensie werd in het filterreservoir van een vacuumzeef gelaten en daar gefiltreerd. Het vacuum was delta p =0,9 bar. De suspensie bezat zonder be- ïHcl2£ handeling een CST-waarde van 80 sec. en met behandeling een CST- waarde van 5 sec.. Zonder behandeling was de filtersapaciteit 2 2 50 70 kg/m /uur droogmateriaal, na de behandeling 1400 kg/m /uur.

Het van de zeef komende materiaal werd met een bandtransporteur verwijderd en het water werd teruggeleid. De filterkoek bezat een dikte van 20 mm.

Yoorbeeld 17.

35 Grondstof: Suspensie ontstaan bij het bewerken van de steenhoop van een mijn in Oostenrijk.

Samenstelling: 5 procent ligniet mengsel van voor de vervaardiging van fijnkeramische en tegelvormige industriële voortbrengsels toepas-40 bare kleimineralen.

82 0 1 1 52 -7-

Granulomatrische verdeling van de suspensie:

Beneden 0,07 mm 18 gew.% 0,07 tot 0,1 mm 25 gew.% 0,1 tot 0,125 mm 55 gew.% 5 0,125 tot 0,315 mm 22 gew.%.

Suspens deconcentratie: 430 g/liter.

Toegepast tenside: Een mengsel van met octanol gevormde esters van maleinezuur en van met laurinezuur van de polyethyleenglycolether gevormde esters.

10 Toegepaste hoeveelheid: 9 kg/ton droogmateriaal· «

Toegepast polyelektroliet: Gemetbyleerd produkt van polyacrylamide met een molecuulgewicht van 2-5 miljoen.

Toegepaste hoeveelheid: 0,20 kg/ton droogmateriaal.

Be suspensie bezat zonder behandeling een CST-waarde van 15 180 sec.,met behandeling een CST-waarde van 20 sec..

Be suspensie werd met het tenside en met polyelektroliet zoals hiervoor beschreven behandeld en daarna met een schijffilter ontwaterd, waarbij het vacuum delta p„ =0,9 bar was. Be filtér- max capaciteit had bij niet behandelde suspensie een waarde van 2 2 20 37 kg/m /uur, bij alleen met tenside behandelde suspensie 185 kg/m / uur en bij met tenside en polyelektroliet behandelde suspensie 2 250 kg/m /uur. Be filterkoek bezat een dikte van 20 mm. Het water werd ook hier teruggeleid en het filtraat werd door een bandtrans-porteur op een steenhoop gebracht.

25 Voorbeeld 7.

Be in het voorafgaande voorbeeld beschreven Oostenrijkse suspensie werd zoals hiervoor beschreven met een tenside, resp. met tenside en met polyelektroliet behandeld, daarna in een sedimentatietrog gebracht. Het water werd bij het tegenover het 30 toestromen liggende einde van de trog continu afgezogen en de verdichte suspensie werd via de bodem van de trog door een transportinrichting op een roterende zeef gebracht. Het filtraat werd van de roterende zeef op een bandtransporteur verder gevoerd en op een steenhoop gebracht. Het gewonnen water werd teruggeleid.

35 Voorbeeld VI.

Grondstof: Onzuivere suspensie van de normale Portland cementbe-reiding uit Labatlan (Hongarije).

82 0 1 1 5 2 - 8 -

Samenstelling: Si02 — 20,31 % ai2o5 - 5,41 %

Pe203 - 3,08^,

CaO - 68,12 % 5 MgQ 2,66 % SO^ - 0,29 %.

Granulometrische verdeling van de suspensie: beneden 0,01 mm 30 gew.$ 0,01 tot 0,065 mm 60 gew.% 10 0,065 tot 0,09 mm 10 gew.^.

Suspensieooncentratie: 1430 g/liter.

Toegepast tenside: een met ïïexaethyleenglycolmonooleaat gevormd :: mengsel van de met myristinezuur gevormde ester· van polyethyleenglycol.

15 Toegepaste hoeveelheid: 6 kg/ton droogmateriaal.

Toegepast polyelektroliet? Polyacrylzuur.

Toegepaste hoeveelheid: 0,2 kg/ton droogmateriaal.

Te filtercapaciteit was bij de onbehandelde..suspensie met een 2 vacuumschijffilter 134 kg/m /uur en bij de behandelde suspensie 2 20 555 kg/m /uur. Het toegepaste vacuum bezat een waarde van delta p =0,8 bar. rmax 8201152

Claims (6)

1. Werkwijze voor het ontwateren van mineraalsuspensies, met het kenmerk, dat men aan de te ontwateren suspensie afhankelijk van het gehalte zwevende stof en de molecu-5 laire samenstelling ervan tensiden of een mengsel van tensiden in een hoeveelheid van 0,03 % tot 2 % toevoegt, waarbij de tensiden of het mengsel van tensiden een HLB-waarde van 8 tot 12 of een H/L-waarde van 50 % tot 150 % hebben en de suspensie daarna op een op zichzelf bekende wijze ontwaterd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men aan de suspensie voor het ontwateren nog een ionogeen polyelektroliet met ketenpolymeerstructuur of een niet ionogeen polyelektroliet met ketenpolymeerstructuur met kationogeenkarakter toevoegt, waarbij het polyelektroliet in 15 beide gevallen een molecuulgewicht van 500.000 of meer heeft.

3· Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat men de tensiden resp. het mengsel van tensiden met een eenvoudige menger, met een centrifugaalpomp, door verstuiven of door filmachtig contact aan de suspensie toevoegt. 20

4· Werkwijze volgens één of meer van de conclusies 1 tot 3> met het kenmerk, dat men de met de tensiden be handelde suspensie op een glijbaan brengt, waar het polyelektroliet door bevloeien wordt toegevoegd.

5· Werkwijze volgens één of meer van de voorafgaande conclusies, 25 met het kenmerk, dat men het ontwateren in een filterreservoir of een sedimentatiereservoir of een trechtervormig krimpreservoir met een doelmatige kegelhoek van 30° uitvoert.

6. Werkwijze volgens één of meer van de conclusies 1 tot 4> met het kenmerk, dat men de met de tensiden en/of 30 met het polyelektroliet behandelde en geconcentreerde suspensie in een sedimentatietrog en in een daarop aansluitende vibratie- of cilindervormige rotatiezeef brengt en aldaar ontwatert.. 820 1 1 52