用于生產、取出和輸送高粘度漿料的設備的制作方法

專利名稱：用于生產、取出和輸送高粘度漿料的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及在工業^f呈中育,生產高粘度漿料，以及一旦生成這種高粘度 漿料就將其取出和輸送的設備。更具體地，本發明涉及漿料的增稠、取出(withdrawal)和輸送，由于上述漿料粘度非常大以致不能僅僅通過排出或甚至M常規的泵抽技術將其從容器中移除。
背景技術：
下面具條照"赤泥"的處艦本發明進行描述，說'赤泥"是在通過Bayer 法從鋁土礦提取氧化鋁的過程中產生的含水礦物漿料。但是，這種說明僅僅是 通過解釋說明的方式進行的，本發明可用于各種漿料和泥漿的增稠、取出和輸 送，具體地但不排他性地包括由任何工業過程形成的具有粘土尺寸的粒子和屈 服假塑性性能的那些漿料和泥漿。還應該注意的是在下述說明書中，術語"泥漿" 與"漿料"的含義相同。在Bayer法的操作過程中存在M階段，其中赤泥弓l入容器內并用各種禾旨 進行處理，諸如泥漿的澄清、清洗和增稠。在上述處理過程中，泥漿朝向容器 的底部增稠(也就是，漿料分離成更高固體含量部分)而形成澄清液體之下的 增稠層，并且泥漿通常通過旋轉耙(rake)或成組的臂在，層中移動或'活化"。 這種活化可進一步增加容器下端處泥漿的稠度，這樣，在容器的最底部可形成 以連續或間歇的方式都特別難于從容器移除的高粘度泥漿。在容器的一些部分 中，稠的和高粘度的泥漿層可停滯或靜止，使其粘度更大并且難于抽出。例如在美國專利4,830,507中示出了對赤、皿行的處理，該專利于1989年5 月16日頒發給Peter F.Bagatto等人并轉讓給Mean International Limited;例如在 美國專利5,080,803中也示出了上述處理，該專利于1992年1月14日頒發給Peter F. Bagatto等人并轉讓給同一受讓人。還已經發現當高粘度的泥漿層朝向容器的下端形成并且使用抽水機或類似 驢從容器底部或底部附近抽取該泥漿時，在高粘度的泥漿層中趨于形成低粘 度的泥漿(或從上面部分稀化的泥漿)優先路徑，使得該更高固濃度的泥漿不能抽出并停滯。該J膽通俗地稱為"老鼠洞"或'環圈形成'，并且是不希望的。該狀況的結果是，雖然一些重力沉降容器可產生高粘度的泥漿，但是得到的 高固體含量的泥漿由抽取的優先路徑的產生而部分稀化，這樣真正被抽取的是 更稀的泥漿。該稀化5，相對于從容M取泥漿的濃度和粘度方面導致不穩定 性，結果導致嚴重的控制困難。在美國專利6,340,033中尤其致力于解決從該種容器移除高粘度漿料或泥漿 的問題，該專利于2002年1月22日頒發給Ronald Paradis等人并轉讓給Mean International Limited。在該專利中所述的解決該問題的方案包括使用泵或葉l^從 容器中抽取漿料，使其經受高的剪切，并在稍微遠離取出漿料位置的位置處將 其送回到容器。施加到漿料的高剪切力降低漿料的粘度(稱其為剪切稀化)并 從而形成降低粘度的泥漿源。在重新itA容器后的降低粘度的泥漿在容器中形 成捕獲較高粘度泥漿粒子或±央料的泥漿流，經過再循環并使其自身粘度降低， 這些泥漿粒子或塊料由此從容器中移除。在上述再循環過程中，降低粘度的一 些漿料被移除并輸送到不同的位置，由此從系統連續地取出泥漿。雖然這是解決從容器移除高粘度漿料問題的有效方案，但是其具有如下缺 陷，即這樣移除的漿料必須具有稍微陶氏的粘度，并且如果需要高粘度的材料， 必須進行沉淀和靜置。在一些情況下，需要較高粘度的漿料，原因是其具有固 體的一些性能。這樣當其傾卸在填埋位置或其它位置時，其至少是部分自支撐 的，并且因此可比低粘度漿料堆積更高的高度，所述低粘度的漿料在傾卸時趨 于流動和散開。高粘度的漿料還可在開放的輸送帶、開放的卡車等上運輸，并 且當需要時，總是可以存在選擇，即M泵或葉輪使其經受髙的剪切，這樣其 可fflil管路泵送到其它位置。此外，美國專利6,340,033沒有完^軍決之前所述 的當泥漿變得非常稠時存在'老鼠洞"的問題。以名稱Alsthom-Atlantique SA提交的歐洲專利公開EPO 019 538 Al利用螺旋 形元件來幫助從罐體移除漿料。螺旋形的元件位于罐體之下并起到通過狹窄的 中央開口將漿料從罐體內部移除的作用。該元件大部分限制在緊密環繞的管或 圓筒內，并且只有其遠端與罐體的中央開口對齊。這種設置可能對于移除非常 高粘度的漿料作用很小，原因是這種漿料不容易流動通過在罐體底部壁上設置 的狹窄中央開口。因此，有利地提供可一貫地產生具有高固體含量的高粘度泥漿、將由于增稠泥漿層中的優先路徑導致的任何內部稀化最小化、并且在移除過程中基本不改 料的粘度的設備。發明內容在本發明的示范性實施例中，由弓l入到作為重力沉降器的容器中的漿料產生 的高固體含量的增稠衆料通過下述過程從容器中移除，其中高固體含量漿料的 一部分由永久或暫時處于容器內部(也就是，其中高固體含量的增稠漿料起初 形成的容器的部分)的移除元件物理地接合，并且由該元件將上述漿料通過為 高固體含量漿料提供的出口輸送出去。因此可全部或部分避免對重力排泄鵬 出口以及使用抽水機、葉，將高固體含量的漿料從容器移除的 性，并且 可克服高固體含量的漿料在出口粘合或,的任何趨勢。至于術語"物理接合"意歸移除元件的一個或多個部分接觸容器內的高固體 含量的增稠漿料的部分，這樣使得上述增稠漿料的部分在操作(例如通過旋轉 或平移)上述元件之后在容器內朝向出口運動并通過出口而不對增稠漿料施加 不適當的剪切。某些示范性實施例可對重力沉降器設計提供&it，其包括漿料容器以及用于 將高固體含量槳料從容器移除的漿料取出設備，在漿料容器中高固體含量漿料 的至少一部分在沒有任何明顯的內部稀化的情況下堆積在容器下端處。漿料取 出設備可包括細長的、可旋轉的、開放螺旋形元件，該元件從容器下端處的外 側至少間歇地延伸入沉降容器內一定距離，當開放螺旋形元件全部延伸入容器 內時，其在高固體含動笑料堆積的位置處在其至少大部分長度上與容器的內部直接和非受限的3iii。槳料取出設備還^it包括用于至少間歇地旋轉開放螺旋形元件的旋轉驅動機構。其它示范性實施例提供了一貫地產生很高固體含量漿料并將其從容器取出的方法。該方法包括將細長的開放螺旋形元件插入包含很高固體含量漿料的 容器內，該開方文螺旋形元件在其長度的至少非常大的部分上暴露于漿料；螺旋 形元件通^部附近的容^M插入；并且操作螺旋形元件以從容器取出漿料。本發明可用于礦物漿料，尤其是從鋁土礦提取后得到的赤泥以及其它種類的 漿料。本發明的某些實施例還可用于具有高沙含量(也就是，比通常漿料粒子 大至少約一個數量級的粒子)的漿料或泥漿而不會遇至睏難。至于術語"開放螺旋形元件"意歸包括任何種類的具有縱軸的細長元件，其由具有葉片、凹槽或組件的一個或多個部件構成，所述 葉片、凹槽或組件產生螺旋路徑，當元件旋轉時漿料沿該路徑行進并從一端轉 移到另一端，或者當元件旋轉和插入漿料體內時，允許元件以最小的漿料位移 鉆入漿料。通常當螺旋形元件具有葉片時，葉片相對于運動的路線成角度(例如j^E角)取向，并且具有均勻的間隔(節距)。當螺旋路徑也就是葉片、凹槽 或組件之間的空間對元ft^卜部(容器內部)開放時，這種元f糊述成'開放的"， 這樣泥漿或漿料可沿著元件的暴露長度進入。該元件至少在元件的大部分長度 上和至少從一側(周邊區域)暴露，不穀U任何其它元件的遮蓋、限制或阻塞。 這允許漿料不受限制和不受限制地進入由上述元件至少沿著其在容器內的大部 ^fe度(大于50%) ^ 沿著其在容器內的旨長度限定的螺旋路徑。漿料 雌接觸開放螺旋形元件，這樣當將漿料從容器取出時，更多的漿料僅僅在重 力和由漿料取出形成的任何吸力作用下圍繞上述元件下降。以該方式接觸上述 元件使得當漿料前進到與元件接觸時不會遇到導致漿料流橋接或阻塞的任何壓 縮或阻礙。因此漿料在從容器內部到達，元件之前不會被導 過狹窄開口 。 如果沒有限制向下流動柳艮制表面或物件，高粘度的漿料通常會在重力作用下流動。雌的，在某些實施例中，開放螺旋形元件沿著容器半^M51容器側壁中的 開口水平地延伸入容器(其通常為圓筒形)內，但上述不是必需的。例如，元 件可遠離容器的中央沿徑線但設置成平行于容器的中央沿徑線。開口可設在側 壁中或設在容器下部壁的傾斜部分中，并優選具有大致水平的取向，上述元件 通過所述開口進入容器。因此容器通常不會設置如該種類沉降器中常規的垂直 設置的中央開口或排放口。基本上，開放螺旋形元件在高固體含量的漿料層高 度^iSA容器內部，并機械地從容器取出漿料，而不會首先需要漿料通過常規 泵的受限漿料出口^A口。


圖1歸出特定漿料的屈月鵬力相對于漿料固體含量而鄉錄啲曲線圖，以便 示出可獲得的各種漿料；圖2A、圖2B和圖2C分另提從沉降設tttj出的漿料照片，其中漿料具有不 同的屈服應力值和固體含量；圖3是根據橫斷面；圖4是類似于圖3的容器內部的透視圖，但是在容納螺旋形漿料取出元件的 容器底部壁中具有槽；圖5是根據本發明另一實施例的漿料處理容器和漿料取出設備的簡化橫斷 面；以及圖6是類似于圖5的視圖，但歸出設備運行中的另一步驟。
具體實施方式
為了便于理解本發明，首先有利地描述本發明可適用的漿$ 型。為了描述 漿料的流變學性能，通常應用對以于圖1中所示的曲線圖。這是屈月鵬力相對 于特定漿料(在該情況下，是由給定的鋁土礦體提取鋁的過程中產生盼'赤泥") 中的固體百分比的曲線圖。其它的赤泥或其它礦物漿料在不同的固體含量下將 具有不同的屈服應力值，但是大多具有類似皿的曲線。如圖所示，漿料的屈服應力在小于40%的固體含量下僅僅具有非常低的值。 對于具有高固體含量的漿料，屈服應力首先逐漸增大(圖l中的斜率l一大 約為1或更小的斜率)。這種漿料稱為"稀化漿料"，并且這種漿料的例子是從傳 統的寬大且平坦的底部增稠器中獲得的泥漿。在圖2A中示出這種漿料的圖例， 并且可看出，在不支撐的情況下放置到平面上之后，漿料立即變平形成一灘。 對于這種漿料，塌落度或塌落比約為0.1或更小。對此，應該注意，漿料和泥漿 的粘度通常通過執4亍塌落實驗來評定，其中將泥漿堆積成具有擱置在支撐表面 上的開放底部和頂部的標準圓柱體。然后向上移除該圓柱體，并在給定時間后 測量剩余堆積的高度和寬度。未支撐的漿料將塌落到一定程度。更堅5更或高粘 度的漿料比低粘度的漿料塌落要少，因此將具有較大的"塌落高度"或'塌落比" (在錐形基部處的高度和寬度之比)。再次參照圖l,對于具有大約45-52%的固體含量的漿料而言，斜率更快地增 大(圖1中的斜率2—從大約10到20范圍內的斜率)。該漿料相應稱為"糊狀 漿料"，并且在圖2中示出這種漿料。該漿料從深增稠器獲得，例如在美國專利 4,830,507中所公開的深增稠器。塌落比大致在0.2至0.5之間，并且可看出在基 部存在顯著的擴散。圖1的曲線斜率從大約52%的固體含量開始向前顯著增大(圖1中的斜率3 一基本大于20的斜率)。該區域相應于稱為"固體糊狀物"的漿料。在圖2C中示出這種漿料的圖例，其是從根據本發明的增稠器抽出的固體糊狀物。該試樣的塌落比大約為1.25 (認為大于大約0.5的任何比值表示固體糊狀物)。稀化漿料不需要任何容易從增稠器或其它容器抽出或轉移的裝置。對于上述 轉換來說通常的離心泵是足夠的。糊狀漿料可需要使用特定的裝置和技術，例 如在美國專利6,340,033中所公開的裝置和技術。另一方面，固體糊狀物不能使 用抽吸泵從增稠器移除，并且僅僅在其自身的重力作用下當然不會從出口流出。 本發明意旨最 纟,用于糊，料和固體糊狀物，并且尤其適用于后者。附圖的圖3以簡化的形式示出設備10，其用于在Bayer法的操作過程中處 理赤泥漿料，例如,重力沉降清洗和增稠赤泥。設備10包括呈頂部開方文罐體形式的具有側壁14和平坦底部壁16的沉降容 器12。側壁14在容器的下端20處包括漸縮的部分18。該設備包括供給井22， 漿料fflil該供給井在最小程度地干擾己經存在于容器中的一定術只的液體24的 情況下引入容器內。供給井環繞攪拌裝置28 (攪拌器)的中央垂直軸26， 如圖所示的箭頭A的方向上圍繞其中心垂直軸線旋轉。攪拌裝置28包括設置成 V形的上傾臂30和由水平臂34支撐的直立攪拌器元件32。當泥漿的固體粒子 靠重力朝向容器底部沉降時，借助于攪拌體28將7jC從固體粒子之間壓榨出， 并且泥漿在達到容器底部時獲得較高的固體含量和較高的粘度。從固體粒子排 除的水形成澄清液體33，其經由上部出口35流出容器。在攪拌區域36中，依靠該種泥漿的剪切稀化性能降低泥漿的粘度，但是在 攪拌裝置28的ii^之下趨于形成和堆積高固體含量和高粘度的增稠和未攪拌的 泥漿區域38廳(如虛線所示)。增稠泥漿的粘度可極其高，例如其可具有30 帕頗高的初始屈月鵬九以及更可能為50帕或更高，通常為500帕或更高， 一般為1000帕或更高，或甚至為3000帕或更高。應該注意，在該上下文中術語"初始屈服應力"意味著從靜置狀態啟動給定漿 料的移動或位移所需的每單位面積的最小力。其是用于在工業上指示泥漿粘度 的度量，但本身不是粘度的真正測量值。假塑性材料的粘度隨著由混合或擾動 弓胞的切變力而改變。在所示設備中形成的增稠赤泥可具有大于56百分重量的固體含量，并M 常大于57百分重量，例如57.9百分重量或更高的固體。該濃度的赤泥不能靠重 力例如通過在容器底部中心點處提供常規出口并允許泥漿排出而移除。即便是借助于上述美國發明專利6,340,033中的手段，甚至也難于或不可育腿過抽吸泵 或葉輪將該濃度的泥漿移除。該濃度的泥漿是Jl^，的固^i^R物。^^f示的設備中，在未攪拌區域38中的高固體含量和高粘度的泥^31lffl 長的、可旋轉的、開放螺旋形元件40移除，該元件40 /A^卜側通過容器的下端 20處的側壁14的^繊區域18中的開口 50延伸入容器內。該元件40雌延伸 入罐體距離X，這樣元件40的自由(遠)端42徑直定位在容器12中心處的軸 26之下。高粘度的漿料進入元件40的螺旋形葉片48之間，并且Mil元件40 在如圖3所示的箭頭B的方向上圍繞其縱向軸線44的旋轉通過開口 50 (其相 應地作為漿料出口)從容器12移除。因此元件物理地接合容器內部中的高粘度 漿料的部分并通過受限的出口 50從容器將其取出。如圖所示的元件40處于阿基米德螺旋的形式，也就是具有一個或多個環繞 螺旋葉片的實心縱向軸，但是其可為另外形式的螺旋元件，例如，沒有圍繞其 縱向軸線的中心軸的元件(如同通過扭曲具有螺旋槳狀橫斷面的平坦條帶或桿 而形成的那樣)。應該注意元件40的外表面在區域38的高度處定位于容器12 的內部46，并完全開放到容器12的內部46并與容器12的內部46直接 ， 這樣其螺旋圈或葉片48沿著元ft^入容器內的旨長度X暴露于并接觸高粘度 的泥漿。元件40基本完全掩埋在泥漿中，荊t^不與攪動區域36中的降低粘 度的泥漿接觸。葉片之間的空間不受限制(也就是，它們不由設備的其它部件 阻礙、遮蓋或覆蓋)，因此葉片之間的空間開放到容器內部并且可在接觸漿料的 所有位置處直接裝微料。已經發現當將這種設置應用于高粘度和密度的漿料體(具體為漿料糊狀物 或固體糊狀物)中時，元件40周圍的漿料顯示出限制定位于葉片48之間的漿 料，從而導致漿料保持與元件的接觸，并且導致漿料縱向地傳輸。這確保當元 件旋轉時漿料通過容器側壁中的開口 50， ^MS入外部腔室或管路(未在圖 3中示出)，通MJl^外部腔室或管路可將漿料從設備傳輸出去。當漿料以該方 式移除時，由于周圍漿料的重量和壓力迫使更多的漿料壓在元件40的葉片48 之間。實際上，限制于葉片之間的漿料被迫使隨著旋轉的元件40軸向移動，同 時更多的漿料進入葉片之間以替代從容器取出的漿料。即使當通過元件40作用漿料材料時可能會存在施加到漿料材料的一些局部剪切力(例如在泥漿接觸葉片材料之處的薄層中)，當衆料材料從容器移除時，上述不會造成漿料材料的整體粘度的明顯或無法接受的降低。不希望受到理論 的限制，某些程度的剪切稀化可有助于起至l碟料和葉片之間的潤滑劑的作用(從 而允許在葉片之間捕獲的漿料縱向移動，而不只是相應于元件旋轉)。但是，希望非常慢地旋轉元件40以避免漿料的顯著的剪切稀化并且避免漿料的不適當壓 縮皿一步脫水。在具體情況下認為合適的實際旋轉皿依賴于葉片48的尺寸 和節距以及漿料的性質。通常希望元件40不以大于130轉,的皿旋轉。漿 料的流動速率通常和元件40的旋轉速度是線性關系的，假設附連到開口 50的 任意出口管路具有的直徑基本等于元件40的直徑。雖然圖3中應用的元件40沿其整W度具有恒定的直徑，但是元件可向內 朝向自由端42漸縮(如果需要的話)，以確保沿著元# ^:度的均勻抽出速 率。應該注意可在容器12的周圍設置多于一個的抽出位置，每一個提供有其自 己的螺旋形元件40，以便增加漿料的抽出速率以及最小化其中靜置漿料會堆積 的區域。這種抽出位置可彼此設置成90。或以其它角度設置，以最佳適應朝向抽 出位置推動漿料的攪拌裝置28的設計。此外，如果需要的話，，元件(或每 一個元件)可離徑定位。這樣所示的實施例應用螺旋形元件，螺旋形元件至少沿著其長度的大部分 (例如其長度的至少20%或至少25%)完全暴露于罐體的內部(也就是，不受 限律哋)。更jm地，，元件朝罐體的內部完全暴露元件40的自由端42和容 器壁18之間的節距離2L的至少大部分(50%或更多)，并且甚至更tt^巨離X 的至少55%、 60%、 65Q%、 70%、 75%、 80%、， 85%、 90%、 95% (4腿以遞 增柳 )，并且最 ^離亙的100%。這樣螺旋形元件理想地沿其整錯度 完全暴露于容器內部。如已經提到的，在圖3所示的實施例中，螺旋形元件40從元件的所有側面 (也就是，螺旋形元件的整個360度的周邊直接暴露于并位于容器內部)開放到 容器內部(并且因此開放到高粘度的漿料)。但是，如從下述附加實施例所明了 的那樣，為了使得設備有效，可僅需要將螺旋形元件周邊的一側(例如， 在上側上的細長條帶)暴露于容器內部，例如通過將元件定位在形成于容器底 部壁中的具有矩形俯視圖的開放頂部的槽中。但是，槽的橫向寬度(開放頂部) tt^必須足夠寬，以便使得高粘度的漿料在不明顯受到限制或限制盼瞎況下進入罐體，并由螺旋形元件抽出。這種設置在圖4中更詳細地示出。圖4對以于圖3，示出具有側壁14和底部壁16的容器12內部，區別在于 在圖4的實施例中，側壁14不向內朝向平坦和水平的底部壁16漸縮。如在先 前的實施例中的那樣，容器設有包括垂直軸26和攪拌器臂34 (其在該實施例中 是水平的)的攪拌裝置28。底部壁16具有徑向地i體的在容器側壁的相對部分之間完全延伸的槽52。 槽52具有開放頂部51并包括沿著槽52的M^度延伸的開放螺旋形元件40。 在該實施例中，螺旋形元件包括兩個不同直徑的共軸且共延伸的、互相^A的 螺旋錐形螺旋構件53和54。這兩個構件都是具有開放軸芯的開放螺旋型(螺旋 錐型)。如圖所示，較小直徑的構件53延伸M31并沿著較大直徑構件54的軸芯 延伸。支撐件56在容器外部連接到旋轉體(未示出)，該旋機置育灘以相 同或不同的旋轉速度在相同或不同的方向上旋轉該兩個構件53和54。發現該設 計和設置對于將非常高粘度的漿料從容器移除來說尤其有效，原因在于較大直 徑元件54起到分配/勻化裝置的作用，其可產生可接受程度的剪切稀化并起到 弓形粉碎機的作用。該構件使得漿料移動到其中央以及沿其長度移動。較小直 徑的構件53執行漿料的抽出，這樣較大直徑的構件將漿料供給到較小直徑的構 件。當構件53和54以不同的鵬在相同方向上旋轉時，組合的元件40尤其有 效。理想的，在兩個構件之間存在旋轉的固定比值，這樣如果一個構件加速以 增加漿料抽出的速率，另一構件也加懇湘同程度。當兩個構件53和54以不 同速度旋轉時，存在極小的可能性使得螺旋狀物充滿漿料并作為整體轉動而不 是縱向移動。通常較小直徑的構件以達到大約130轉每分的iUt旋轉而^:直 徑的構件以超U大約8轉每分的 旋轉。構件53和54在如此的方向上旋轉以將漿料移動到如圖4所示的左側，槳 料出口 50位于此處。因此，構件導致漿糾專輸通過出口并因此從容器移除。 在替代性的實施例中，支撐件56可定位在容默卜部，這樣漿料沿著通道52牽 拉到右側。上述具有避免將支撐件56中的密套:t^暴露于罐體中的漿料的全壓力 下的優勢。如所提到的，槽52的矩形頂部51足夠寬和足夠長，以便使得高粘度的漿 料在重力和周圍漿料壓力的作用下沉降至贈中。因此，不存在在入口 51處導致 漿料粘合或橋接的阻塞點或受限制的出口 ，并且實際上當高粘度的漿料層直接形成在槽內時，上述槽形成容器內部的一部分。如可看出的那樣，在該實施例中，通到槽的入口 51寬于較^l:徑的構件54的寬度。在實踐中已經發現槽52 的寬度以^A口 51的寬度應該至少等于螺旋形元件的最大部分的直徑，并且優 選為戰直徑的至少1.5倍。槽的入口 51的齡面積應該iM為至少(螺旋形 元件外徑的1.5倍)X (在底部的容器半徑的50%)。理想地，槽52具有垂直面或陡峭傾斜(朝向底部向內或向外)的面以防止 漿料的鵬沉降至贈內。此外，槽的深度^ 該等于元件40的直徑，或僅僅 稍微大一些以便避免在元件40之下形成靜置漿料的區域。fflil將螺旋形元件40定位于形成在容器的下,16中的槽52內，攪拌器 臂34可比圖3的實施例中的攪拌器臂更接近底部壁16定位，由此將在容器的 下部壁16之上堆積靜置泥漿的可能性最小化，并且更明確地把漿料限制到槽 52。在，實施例中，ffiil螺旋形元件40的旋轉動作將高粘度的漿料從容器移 除，當導致元件連續地原地旋轉時，該旋轉動作將元件葉片之間的漿料從容器 內部取出。在本發明的一個替代性實施例中，通過下述過程將漿料取出，即首先將螺 旋形元fffll入容器內，同時使其旋轉(這樣其"鉆入"高粘度的泥漿內而不導致 很大的位移)，然后從容 理地取出裝皿料的螺旋形元件而不允許上述元件 轉動，這樣定位于螺旋形元件葉片之間的高粘度漿料的塞子或圓筒一同從容器 取出。這在圖5和圖6中更詳細地示出。在圖5中，容器12類似于圖4中的容器，因為其具有定位狄口 51處的 容器底部壁16之下并與容器底部壁連通的槽52。槽52包含螺旋形元件40，當 完全插入時，其完全延伸橫過容器基底。螺旋形元件40附超U位于取出腔室62 內的旋轉桿60。旋轉桿60 (fflil軸封)在其相對端延伸通過取出腔室62的端 部壁64并連接到馬達66，該馬達66用于使得旋轉桿60圍繞其縱向軸線間歇地 轉動，其又使得螺旋形元件40圍繞其縱向軸線間歇地轉動。馬達66安裝到軌 道68上，并且可M氣動或水力壓頭70或M31機械或電驅動器(未示出)沿 著軌道來回往復運動。由于螺旋形元件40處于圖5中所示的位置(已經鉆入泥漿)，螺旋形元件 的轉動停止并且壓頭70運行以將馬達66沿著軌道68向后撤回，這樣桿60和螺旋形元件40移動到附圖中的右側。圖6示出相同的設備，其中螺旋形元件完 全移動到右側，在此其完全定位在腔室62內。 一旦處于該位置，桿60和螺旋 形元件40的轉動開始，并且壓頭70使得馬達66以^g速率向前移動，以便允 許螺旋形元件40將其自身掩埋到定位于槽52內的高粘度漿料中。理想地，元 件40的旋轉鵬和插入的平移速度相匹配，以便將對容器內漿料的干擾以及施 加的剪切力最小化。螺旋形元件40在其自由端部處具有暴露的尖端42，其允許 元件以類似于鉆頭或螺絲錐的操作的方式鉆入容器內的高粘度漿料中。當元件 自身鉆入容器內的新鮮漿料中時，由前一操作循環導致的己經位于元件葉片之 間的漿料保持處于腔室62內。 一旦處于圖5所示的位置，旋轉如上所述停止， 并且重復循環。圖5中的螺旋形元件向右側的移動導致與螺旋形元件40相關聯 的漿料塞子或圓筒全部撤回腔室62內，并且迫使由前一操作循環導致的已經處 于腔室內的^$4材料在箭頭C所示的方向上從腔室由出口 72排出。理想地，在 元件40和相鄰的腔室62的壁之間應該存在非常小的自由空間，這樣元件起到 象活塞那樣將漿料從腔室壓出的作用。應該注意在圖5和圖6中所示的設置包括在旋轉插A^后將靜止的螺旋元 件40拉出容器。但是，也可在本發明中應用推動動作。也就是說，可從圖5和 圖6中的左側驅動元件40，并且推動itA仍然位于右邦U上的腔室62內。然后 當元件從腔室拉出時其旋轉進入容器。在本發明的圖5和圖6所示的實施例中，已經發測每螺旋形元件40弓l入充 滿高粘度漿料的槽52中所需的能量相對小，原因在于當元件弓l入時元件的螺旋 狀運動導致漿料的較小位移。上述具有將最小的干擾引入到漿料內部結構中的 優勢。然后，M在沒有任何旋轉但是靠壓頭70的動力的情況下將螺旋形元件 拉出容器，漿料保持其未受干擾的內部網絡結構并且因而保持其原始粘度值。 M:重復該循環若干次，高粘度的漿料被推動i4A管路72并且可傳輸到另一容 器、運輸裝置或直掛專輸到處理場所。通常，可以高達每分鐘30個完整沖程來操作設備，但是，可明顯進行改 變以適合裝置的尺寸和，、漿料種類等。應該意識到本發明尤其是圖5和圖6實施例中的開方文螺旋形元件40應該是 螺旋狀裝置，其可在實現對漿料的最小干擾下將其自身掩埋于漿料體內。存在 可完成上述功能的螺旋形元件的幾種設計，或甚至例如在圖4中所示的多組件的元〗牛的設i十。本發明的設備能夠從容器輸送高達100 M甚至更高的高粘度漿料，尤其 是在圖5和圖6中所示的實施例中。如所提到的那樣，圖5和圖6中所示的設備處于簡化的形式，并且實際上 可更為復雜，如本領域的技術人員明了的那樣。例如，其可理想地避免使用馬 達66的外殼以將力從壓頭70傳送到桿60。可替換的，壓頭70可直接連接到桿 60，并利用齒輪裝置以允許馬達來轉動桿。在所有的上述實施例中，螺旋形元件水平地操作。這是常用的但不是必需 的。例如，在圖3所示的實施例中，螺旋形元件40可設置成平行于側壁14的 f繊部分18延伸入容器12內，尤其假設其保賺埋在高固體含量的泥漿中。 下述也是可能的，但不是當前優選的，即螺旋形元件可設置 ,部壁中的 開口從下面垂直延伸入容器內，假設，元件不完全穿過高粘度的漿料層。本發明的設備通常但不是必需地應用具有8 ^長(理想地是12 M更 長)直徑的容器，并且螺旋形元件插入容器內的全部插入長度通常至少為容器 直徑的大約三分之一，更優選為容器直徑的一半，以及甚至更優選為整個容器 直徑(如圖3所示)。雖然當將漿料從容器取出時通常希望操作設備以避免極大地改變漿料粘 度，但是替代性地可選擇螺旋形元件的節距(例如，每單位長度的葉片數目) 和其旋轉逸度，以改變從設備離開的漿料粘度和傳輸速度。尤其在圖3和圖4 所示實施例中的用于轉動螺旋形元件的馬達可為變速馬達，這樣可由現場的操 作員或計穀幾調節旋轉邀叟，以產生所希望的出口粘度的漿料。本發明可適用于具有至少30帕(更皿至少50帕)以及還高達幾千帕的 初始屈服應力值的漿料。雖然適用于本發明的漿料通常剪切稀化，但這不是必 需的。例如，具有高沙含量的泥漿可不具有剪切稀化性能，但仍適用于本發明。 可使用由許多工業過程產生的漿料或糊狀物，其中在提取或回收所希望材料之 前將供給材料研磨成細小尺寸，例如在金、銅、鋅和鉛的提取過程中形成的殘 渣。參照以下例子更詳細地描述本發明，這些例子并不應該認為是限定本發明 的范圍。比較例1在下述深增稠器中進行實驗，其中該深增稠器是對美國專利4,830,507中所 述種類的深增稠器(直徑12米)改型以包括附圖5和附圖6中的螺旋形移除元 件而成的深增稠器。該增稠器還裝配有在底流處具有幫盾環系統的傳統離心泵， 如在美國專利6，340,033中所述的。以500—550m3/h的流動速率將fLt礦殘渣漿料(赤泥)供給增稠器。對于 55到60t/hr的總供^I率來說，漿料具有100—150g/K折干計算)的固體含量。皿具有再循環的離心泵抽出漿料。結果總結在下面表l中的第一行中表l:在工業增稠器底流處的泥漿特性行號取微置固微度(％)初始屈服應力 (帕)注釋1離心泵的出口 (具有彌環)49.865增稠泥漿需要再循 環以便抽出2蟲繊出口50.0270增稠泥漿需要再循 環以便抽出3職礎口51.1475增稠泥漿需要再循 環以便抽出4働礎口56.12900泥漿太稠以至不能 兩盾環5賺出口56.64300泥漿太稠以至不能 翻環實例l在改型以包括如圖4所示螺旋形移除元件而成的先導深度(pilot deep)的 增稠戮直徑0.6朱高度1.5米)中進行實驗。以1 L/min的流動速率經由泵將釩土礦殘渣漿料(赤泥)供給增稠器。對于 6kg/hr的總供給速率來說，漿料具有100g/1 (折干計算)的固體含量。fflii螺旋形移除元件將漿料抽出。在底流處的固#^度為恒定的52.2%， 塌落比為0.5。實例2除了M螺旋形元件將漿料抽出之外，重復比較實例1的過程。結果總結在表1中的第2行中。可以看出泥漿保持相同的固微度，但是在該情況下 具有更高的屈服應力(270帕)。對于較高固體含量(51.1%)的泥漿再次重復，過程，并且所測量的屈 月隨力明顯較高(475帕)。結果總結在表1的第3行中。在上述兩種情況下獲得的漿料是還可通過再循環泵抽出的糊皿料(小于 500帕)的例子。區別在于在'螺旋泵"(也就是根據本發明的泵)出口處的泥漿 的屈月鵬力比從傳統離心泵出來的"等量"泥漿的屈服應力大約高四倍。實例3對于甚至更高固體含量(56.1%和56.6%)的漿料再次重復比較例1的過程， 并且獲得極其高屈月鵬力(2900帕和4300帕)的漿料。結果總結在表l的第4 行和第5行中。這些漿料是固#^狀物的例子，并且除了螺旋形元件之夕卜不能 由任意其它裝置抽出。
權利要求
1.用于通過重力沉降分離漿料組分從而形成增稠漿料和澄清液體的設備，包括用于傾析一定體積漿料的容器，所述容器具有頂部和內部，所述內部由用于保持所述漿料的側壁和底部壁形成；漿料入口；在容器頂部附近的用于澄清液體的出口；以及用于在容器底部壁處或容器底部壁附近移除所述增稠漿料的漿料取出設備，所述漿料取出設備包括細長的、可旋轉的、開放螺旋形元件，該元件通過容器底部壁附近的開口延伸或可延伸進入所述容器一定距離，當所述開放螺旋形元件全部延伸入所述容器內時，所述元件在所述距離的一部分上與所述容器的內部直接和非受限的連通；以及用于操作所述元件以便將增稠漿料從容器取出的適于所述開放螺旋形元件的驅動機構。
2. 根據禾又利要求1所述的設備，其特征在于，所述開放螺旋形元件不變地 延伸SA容器所淑B離，并且所述驅動機構使得所述元件圍繞縱向軸線轉動， 以便將增稠的漿料從容器取出。
3. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述開放螺旋形元件可M 所述開口插入所述容器和從所述容器移除，并且其中所述驅動機構使得所述元 件圍繞縱向軸線間歇地轉動，并且還使得所述元件沿著所述軸線來回往復運動 出入所述容器。
4. 根據權利要求3所述的設備，其特征在于，所述驅動機構定位在所述容 默卜部，并且包括安裝到滑軌上的可轉動馬達，以及用于使得所述馬達在所述 滑軌上來回移動的設備。
5. 根據權禾腰求3所述的設備，其特征在于，當所述驅動機構使得所述元 件延伸進入所述容器時，所述驅動機構使得所述開放螺旋形元件轉動，并且當 所述驅動機構將所述元件AA0f述容皿回時停止所述轉動。
6. 根據權利要求5所述的設備，其特征在于，當所述元件延伸進入所述容 器時所述驅動機構使得所述元件的旋繊度和平移速度匹配，以產生對所述容 器內增稠漿料的最小化的干擾。
7. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述容器的所述底部壁是平 坦的，并且當所述開放螺旋形元件延伸SA所述容器時，所述開放螺旋形元件直接a^f述容器的所述底部壁之上大i^平地延伸。
8. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，當所述開放螺旋形元件延伸 SA所述容器所淑巨離時，所述開放螺旋形元件^^述側壁至少延伸到所述容 器的所述底部壁的中央。
9. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述容器的所 部壁具有 頂部開放、形鵬容器中的向下凸出的槽，所述槽從所述側壁向容器內部延伸，并且其中當所述開放螺旋形元件延伸ia;v所述容器時，所述開放螺旋形元件占據所述槽。
10. 根據禾又利要求9所述的設備，其特征在于，所述槽的所述開放頂部具 有有效面積，以fflil重力作用允許所述增稠漿料沉降到所述槽內。
11. 根據權利要求10所述的設備，其特征在于，所述面積等于至少(開放 螺旋形元件外徑的1.5倍)X (在所述底部壁處的容器半徑的50%)。
12. 根據t又利要求1所述的設備，其特征在于，包括在容器外部連接到所 述開口的管路，以便接收通過所述開放螺旋形元件從容器抽出的增稠漿料，并 用于將所述漿料傳輸到希望場所。
13. 根據禾又利要求1所述的設備，其特征在于，所述開放螺旋形元件包括 兩個不同直徑的嵌套共軸螺絲錐形的螺旋元件。
14. 根據禾又利要求1所述的設備，其特征在于，適于生產糊皿料形式的 所述增稠漿料。
15. 根據禾又利要求1所述的設備，其特征在于，適于生產固^狀物形式 的所述增稠漿料。
16. 用于通過重力沉降分離漿料組分從而形成處于糊狀漿料或固體糊狀物 和&《清液體形式的增稠漿料的設備，包括用于傾析一定體積漿料的容器，所 述容器具有頂部和內部，所述內部由用于保持所述漿料的側壁和底部壁形成； 漿料入口，；在容器頂部附近的用于澄清液體的出口；以及用于在容器底部 壁處或容器底部壁附近從容器移除所述增稠漿料的漿料取出設備，所述漿料取出設備包括細長的、可旋轉的、開放螺旋形元件，該元件通過 所述底部壁附近的開口直接延伸itA所述容器內部；以及用于使得所述元件圍繞其縱向軸線在一定方向上轉動以便將增稠漿料M:所述開口從所述容器移除的驅動驢。
17. 用于通過重力沉降分離漿料組分從而形成處于糊狀漿料或固體糊狀物和澄清液體形式的增稠漿料的設備，所述設備包括用于傾析一定體積漿料的 容器，所述容器具有頂部和內部，所述內部由側壁和底部壁形成以用于保持所 述漿料；漿料入口裝置；在容器頂部附近的用于澄清液體的出口；以及用于在 容器底部壁處或容器底部壁附近從容器移除所述增稠漿料的漿料取出設備，所述漿料取出設備包括細長的、可旋轉的、開放螺旋形元件，該元件可滑 動地安裝以便選擇性地在底部壁處i部壁附近插入容器內部或從容器內部撤 出；用于使得所述元件可滑動地移動出入容器內部的裝置；以及至少當所述用 于使所述元件可滑動地移動的所述，使得所述元件移動進入所述容器內部時 使得所述元件轉動的，。
18. 用于將高固體含量漿料從容器取出的方法，該方法包括將細長的開放 螺旋形元件引入包含高固體含量槳料的容器內，所述開放螺旋形元件在所述元 件的長度的至少部分上處于開放和不受限制的暴露于所述漿料的形式；所述螺 旋形元件通過容器壁中的出口引入；并且操作所述螺旋形元件以將所述漿料從 所述容器fflil所述出口取出。
19. 根據權利要求18所述的方法，其特征在于，所述開放螺旋形元件適當 旋轉以便將所述漿料從所述容器移除。
20. 根據權利要求18所述的方法，其特征在于，所述開放螺旋形元件在縱 向上來回往復出入所述容器以便移除所述漿料，并且所述螺旋形元件進入所述 容器的動作^ffi過轉動所述元件以便導致所述元件鉆入所述漿料內而完成的， 并且其中當所述元件從所述容器移動出去時，克服轉動固定所述螺旋形元件。
21. 根據權利要求20所述的方法，其特征在于，當所述開放螺旋形元件從 所述容器移動出去時，所述開放螺旋形元件進入腔室，并且當所述元件再次移 動進入所述容器時，將由所述元件從容器抽出的漿料留置在所述腔室內。
22. 用于M5i重力沉降分離漿料組分的設備，包括具有內部的容器，所述漿料的分離發生在容器內部，以在所述容器的底部 處形成增稠漿料以及在所述容器頂部形成澄清液體，所述容器具有在所述容器 的所述頂部附近的用于所述澄清液體的出口以及在所述容器的所述底部處或所 述容器的所 部附近用于所述增稠漿料的出口 ；7乂久或暫時定位在所述容器的所述內部中的元件，可操作所述元件以便與所述容器的所述內部中的所述增稠漿料的一部分物理地接合，并且以便將所述增稠漿料的所述部分傳輸iffiii所述容器的所述出口 。 23.用于分離漿料組分的方法，所述方法包括將漿料弓l入容器內部，并且允許將所述漿料分離成在所述容器底部的增稠 漿料和在所述容器頂部處的澄清液體；在所述容器頂部附近將所述澄清液體從所述容器的澄清液體出口取出；以及操作所述容器內部中的元件以便與所述增稠漿料的一部分物理地接合，并 且以便將所述增稠漿料的所述部分傳輸通過所述容器的所述底部處或所述底部 附近的增稠漿料出口。
全文摘要
本申請涉及用于通過重力沉降分離漿料組分從而形成增稠漿料和澄清液體的方法和設備。該設備包括用于傾析一定體積漿料的容器，漿料入口裝置，用于澄清液體的出口，以及用于在容器底部壁處或容器底部壁附近移除所述增稠漿料的漿料取出設備。漿料取出設備物理地接合容器內部中的漿料的一部分并將其傳輸通過容器出口。該漿料取出設備可包括細長的、可旋轉的、開放螺旋形元件，該元件從容器底部壁附近的外側延伸進入容器一定距離，開放螺旋形元件在所述距離的至少大部分上與所述容器內部直接和開放式連通，以及用于至少間歇地旋轉開放螺旋形元件的可旋轉的驅動機構。
文檔編號C22B3/22GK101330956SQ200680039451
公開日2008年12月24日 申請日期2006年8月21日 優先權日2005年8月23日
發明者A·N·卡魯瑟斯, D·普克斯利, G·佩洛奎恩, R·迪富 申請人:艾爾坎國際有限公司