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Verfahren zur Abscheidung fester Stoffe aus Flüssigkeiten, wie Trüben
u. dgl. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung fester Stoffe aus Flüssigkeiten,
wie Trüben u. dgl., und einen zur Ausführung des Verfahrens dienenden Absitzbehälter.
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich insbesondere auf
die chemische Technik und die Hüttenindustrie, insbesondere die Herstellung von
Ätznatron aus Soda und Kalk, Alaun aus Bauxit und Schwefelsäure, Borax, Phosphorsäure,
Bariumcarbonat, kurz, alle jene Fälle, wo es sich um das Behandeln fein verteilter
Feststoffe chemischer Niederschläge oder fein. gemahlener Erze zwecks Gewinnung
der Flüssigkeit handelt, in welcher die Feststoffe aufgeschwemmt sind.
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Bei dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung wird die Austragung
der festen Stoffe entsprechend ihrer Absitzgeschwindigkeit dadurch geregelt, daß
man einen Waschflüssigkeitsstrom an die Austragsstelle leitet, wo er einen Teil
der festen Stoffe mit sieh fortführt und sodann zu einer solchen Höhe emporsteigen
läßt, daß die hierbei entstehende, die festen Stoffe enthaltende Flüssigkeitssäule
dem von der Trübe und den aus ihr abgeschiedenen festen Bestandteilen innerhalb
des Absitzbehälters ausgeübten Druck das Gleichgewicht hält.
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Bei der Durchführung des Verfahrens in mehrkammerigen Absitzbehältern
wird der Waschflüssigkeitsstrom im unteren Teil des untersten Behälters eingeführt
und im Gegenstrom zu den durch die einzelnen Kammern von oben nach unten geförderten
abgesetzten Stoffen. geführt.
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Der mit Überlauf versehene Absitzbehälter, der zur Ausführung des
neuen. Verfahrens dienst, ,ist am Boden mit einem Fang versehen, der aus einem an
die Austragsöffnung angeschlossenen, an sich bekannten Rohrstutzern. und einem diesen
konzentrisch umgebenden Aufnalunegefäß besteht, von welchem aus ein. Austragsrohr
ungefähr bis zur Behälternähe heraufgeführt ist, dn.s eine die Höhe des Flüssigkeitsstandes
regelnde Vorrichtung, z. B. eine aufschiebbare Hülse o. dgl., trägt.
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Bei Anwendung mehrerer, vorzugsweise dreier übereinander angeordneter
Absitzbehälter ist die Anordnung so getroffen, daß bei den oberen Absitzbehältern
die Seitenwände der Aufnahmegefäße in der Richtung nach den äarüherge:egenen Behälterböden
einen Zwischenraum frei lassen, durch welchen die festen Stoffe nach dem nächsten,
tieferen Absitzbehälter gelangen, während das Einführungsrohr für die Waschflüssigkeit
des obersten von je drei Behältern und das Abflußrohr für die geklärte Flüssigkeit
des untersten von je drei Behältern an ein gemeinsames Gefäß angeschlossen sind.
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Die Fänge bestehen aus in die Behälterböden eingesetzten, an sich
bekannten Rohrstutzen mit darübergreifenden L'berlappungsdeckeln, an welchen mit'
Schaufeln versehene Rührarme angeordnet sind, wobei aus den Fängen Entlüftungsrohre
führen.
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In den Zeichnungen sind verschiedene zur Ausführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung dienende Vorrichtungen beispielsweise dargestellt, und zwar
ist Abb. i ein senkrechter Mittelschnitt eines einkammerigen Absitzbehälters, Abb.2
ein Schnitt nach Linie 2-2 der Abb. i, und Abb. 3 und ¢ sind Schnitte durch mehrkammerige
Absitzbehälter.
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Die Vorrichtung nach Abb. i besteht aus einem flachsen Behälter 5
von beträchtlichem Durchmesser mit Überlaufrinne 6 zum Ablauf der klaren Lösung.
Die Trübe wird dein Behälter durch. eine zentrale Einlaufmanschette 7 zugeführt.
Der eingehängte Schlammsammler besteht aus einer senkrechten Welle 8 mit Kegelantrieb
9 und mit aufwärts gerichteten, radialen Armen i o, deren Rührzähne i i die Feststoffe
gegen die Mitte des Behälterbodens führen.
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Die Überlaufrinne 6 besitzt ein oder mehrere Abflußrohre 12 zum Ableiten
der klaren Lösung.
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Der zentrale Fang oder Schlammaustrag am Boden des Behälters 5 besteht
aus einem konachsialen Zylindergefäß 13, in dessen Boden ein Abzugsrohr 1 ¢ für
Reinigungszwecke vorgesehen ist, und einem Rohrstutzen 15, der bis nahe an den Boden
des Gefäßes i3' reicht. Der Durchmesser des Rohrstutzens 15 ist nicht von Belang,
sofern sich der Schlamm nur ohne Verstopfung in das Gefäß 13 entleeren kann. Dagegen
soll der Durchmesser des Gefäßes 13 mindestens zweimal so groß wie der des Rohrstutzens
15
sein, um einen glatten Durchlauf des Schlammes sicherzustellen.
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Ein Auslaßrohr 16 führt vom Gefäß 13 unter und neben dem Behälter
5 bis über die Kante der Rinne 6. Auf dem Rohrende sitzt eine einstellbare Hülse
17, so daß die Höhenlage der durch diese Hülse gebildeten Rohrmündung nach Belieben.
eingestellt werden kann. Die Hülse 1 7 kann mittels Gewinde, aber auch in
anderer Weise auf dem Rohr 16 feststellbar angeordnet sein. Das Ende des Rohres
16 ist von einem weiteren Rohr 18 umgeben, durch dessen Auslaß t9 die über
den Rand der Hülse 17 fließende Flüssigkeit abgeleitet wird.
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Etwa in mittlerer Höhe ist an das Gefäß 13
eine Rohrleitung
2o angeschlossen. Das Ende des Rohres 2o ragt "in das Gefäß 13 hinein und ist in
wagerechter Ebene rechtwinklig abgebogen, so daß die zugeleitete Flüssigkeit in
dem Ringraum zwischen dem Rohr 15 und der Wandung des Gefäßes 13 kreisen muß. Der
aus der Mündung des Rohres 2o austretende Strom wird hierbei so geführt, daß die
kreisende Flüssigkeit bis zu einer Höhe etwas oberhalb der Mündung des Rohres 15
keine Einwirkung auf den am Boden des Gefäßes 13 lagernden Schlamm haben
kann, vielmehr nur den über die Ausmündung des Rohres 15 aufsteigenden Schlamm verdünnt
und mitnimmt. Zu dem Zweck kann das Ende des Rohres 2o auch mit einer geeigneten
Düse versehen sein. Das andere Ende des Rohres 2o ist etwas höher geführt als das
Rohr 16 und zu einem Trichter 2 i für das Einführen der Waschflüssigkeit
aus der Leitung 22 ausgestaltet.
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Das Verfahren wird mittels dieser in Abb. t dargestellten Vorrichtung
wie folgt durchgeführt Ist der Absitzbehälter 5 mit der Trübe gefüllt worden und
beginnt klare Lösung überzulaufen, so hat sich der Schlamm in einer gewissen Menge
auf dem Behälterboden angesammelt. Ein Teil davon ist in den Fang ,gesunken, der
vorher mit Wasser gefüllt war. Der. Schlamm sinkt aber immer weiter nach und verdrängt
das 'Wasser aus dem Fang, das nun in die Rohre 16 und 2o getrieben wird,
bis der hydrostatische Druck des Wassers in den Rohren dem der Flüssigkeitssäule
im Behälter und im Fang das Gleichgewicht hält. Der Zustand des Systems, der dann
besteht, ist in der Abb. i dargestellt, wo die feinere Strichelung die klare Lösung,
die stärkere dagegen den Schlamm bedeutet. Das Wasser in den Rohren 16 und
20 steht hier höher als die Füllung des Behälters, da es sich um eine reine Flüssigkeitssäule
gegenüber einer solchen handelt, -die aus einer Mischung von Flüssigkeit und Feststoffen
besteht und die ein höheres spezifisches Gewicht besitzt als die erstere. Erfolgt
keine weitere Zufuhr von Feststoffen, so verbleibt das System fortdauernd in der
dargestellten Lage, da ein vollkommener Gleichgewichtszustand obwaltet. Bei Zuführung
von Feststoffen durch Einführen von frischer Trübe in den Behälter steigt dagegen
die Höhenlage des Schlammes im Behälter 5 und auch im Fang, und damit wird das Wasser
in den Rohren 16 und 20 höher hinaufgetrieben, so daß es über die Mündung 17 des
Rohres 16 abfließt. In diesem Stadium des Ver_ahrens steht die Höhenlage der Ablaufmündung
des Rohres 16 über der Flüssigkeitsstandhöhe im Behälter 5 in einem bestimmten Verhältnis
zu dein Höhenunterschied z%vischen den Oberflächen des abgesetzten Schlammes im
Behälter und Fange.
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Offenbar kann man also durch Einstellung der Ablaufhülse
17 die Höhe der Schlammschicht im Behälter 5 regeln: Mit wachsender Schlammschicht
im Behälter steigt aber auch die Standhöhe des Schlammes im Fang, bis sie die Mündung
des Waschrohres 2o erreicht. Wird nunmehr Wasser aus der Leitung 22 durch das Rohr
2o zugeführt, so mischt sich das aus dem Rohr 20 in das Gefäß 13 eintretende
Wasser mit dem hochgestiegenen Schlamm, verdünnt ihn in seiner obersten Schicht
und führt ihn aus dem Fang durch das Rohr 16 fort. Wie schon erwähnt, ist der eintretende
Wasserstrom so gerichtet, daß er die Schlammasse in der Höhe der Ausmündung des
Rohres 15 nicht stören kann, wodurch ein ununterbrochener Verschluß des Fangs
gewährleistet wird. Dadurch bleibt die Höhenlage der Schlammschicht im Gefäß 1,3
die gleiche, da der Schlamm in dem Maße, wie er diese überschreitet, vom Waschwasser
fortgeführt wird. Da der Druck der Waschwassersäule auf die Schlammfläche Xm Fang
zufolge der Konstanz der Höhenlage des Auslaufendes des Rohres 16 konstant
ist, und da auch die Höhe der Schlammschicht im Fang, wie eben erörtert, konstant
bleibt, muß auch die. Standhöhe des Schlammes im Behälter 3 konstant bleiben. Daß
sich dieses so verhält, läßt sich wie folgt zeigen: Angenommen, der Behälter 5 sei
mit der Trübe gefüllt worden, aus der sich der Schlamm mehr oder weniger abgesetzt
hat, und ein Strom Waschflüssigkeit geht durch. den Fang und fließt aus dem Rohr
16, wobei. das überlaufende des Rohres 16 auf eine bestimmte Höhe gegenüber
der Oberfläche der Flüssigkeit im Behälter 5 eingestellt isst, so daß das ganze
System den oben. beschriebenen Gleichgewichtszustand erreicht hat, bei dem die Höhe
der Schlammschicht im Fang
genau unterhalb des Wirkungsbereiches
des einströmenden Waschwassers liegt, während ein ununterbrochener Zufluß von Trübe
zum Behälter 5 stattfindet, so wird das Gewicht des sich neu absetzenden Schlammes
das Gewicht des bereits abgesetzten entsprechend vergrößern. Da aber der hydrostatische
Duck des Waschwassers eine bestimmte Größe hat, die gerade ausreicht, um den Gesamtdruck
der aus Schlamm und klarer Lösung bestehenden Säule das Gleichgewicht zu halten,
so wird das hinzugekommene Gewicht eine Bewegung des Schlammes in den Fang hinein
herbeiführen und dadurch den Schlamm im Fang so weit steigen lassen, daß er in den
Bereich des eintretenden Waschw asserstromes gelangt. Dieser Wasserstrom reicht
bin, um den Schlamm ebenso schnell, . wie er in den Bereich des Stromes kommt, wegzuführen.
Weiter steigt aber auch der Schlamm, mit dem Waschwasser vermischt, innerhalb des
Rohres 16 mit der gleichen Geschwindigkeit hoch, mit der er sich im Behälter 5 ansammelt.
Die Folge davon ist, daß die Oberfläche der Schlammschicht im Behälter praktisch
an gleicher Stelle bleibt, vorausgesetzt, daß die Höhenlage des Fangüberlaufes,
die Zufuhrgeschwindigkeit sowie das spezifische Gewicht und die Absetzgeschwindigkeit
des Schlammes konstant bleiben.
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Aus Vorstehendem ergibt sich, daß jede Änderung im spezifischen Gewicht
des Schlammes in seiner Absetzgeschwindigkeit oder auch der Höhe des Fangüberlaufes
eine Änderung der Höhe der Schlammöberfläche im Behälter 5 nach oben oder nach unten
hin zur Folge hat, bis wieder ein Gleichgewichtszus'and eingetreten ist. Dann bleibt
die Oberfläche der Schlammschicht im Behälter feststehen, und zwar so lange, bis
eine neue Änderung in einem oder in allen der genannten veränderlichen Verhältnisse
eintritt.
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Die breiten Schlammwege mit nur wenig Biegungen und ohne Drosselungen
geben der beschriebenen Vorrichtung den Vorzug einer Arbeitsweise, bei der Verstopfungen
nicht eintreten können. Bei den bekannten Vorrichtungen mit Ventilen und Düsen zum
Regeln des Schlammabganges ist das nicht der Fall. Auch die gebräuchlichen Pumpen
mit ihren Ventilen, Kolben oder Membranen geben b°i den bisherigen Vorrichtungen
zu vielerlei Störungen des ' Betriebes Anlaß, die bei dem neuen Behälter nicht auftreten
können. Dazu kommen noch die erheblichen Kosten solcher Pumpen und ihres Betriebes,
wohingegen bei diesem Verfahren nur ein Strom Waschwasser von geringem Druck zur
Verdünnung und Fortführung des Schlammes benötigt wird. In der Abb.3 ist ein mit
mehreren übereinander angeordneten. Kammern arbeitender Absitzbehälter für Gegenstromdekantierung
dargestellt. Der Behälter 25 besitzt eine L"berlaufrinne 26 und zwei obere Böden
23 und 24 von leicht konischer Form', so daß drei Abteile vorhanden sind. Eine Rühr-
und Sammelvorrichtung leitet den auf den drei Bödenabsitzenden Schlamm zu zentralen
Austragsöffnungen. Sie besteht aus einer senkrechten Hängewelle 28 mit Kegelantrieb
29 am oberen Ende und mit radialen, nach aufwärts gerichteten Armen 3o über jedem
der drei Böden. Die Arme sind mit Rührleisten 31 versehen.
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Die Ablauföffnungen werden von Rohrstutzen 35 gebildet, die von Gefäßen
33 umgeben sind. Die Gefäße 33 der beiden oberen Kammern sind oben offen und unten
geschlossen, sitzen fest verbunden auf Flanschen der Welle 28 und reichen mit ihren
oberen Rändern nicht bis ganz an die Böden 23 bzw. 24. Das unterste Gefäß 33 ist
dagegen mit seinem oberen Rande an den Boden angeschlossen und mit einem Reinigungsrohr
34 versehen.
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Die Vorrichtung besitzt somit drei, Absitzkammern A, B, C.
Klare Lösung fließt vom Abteil A über in die Rinne 26 und aus den Abteilen B und
C durch die überlaufrohre 43 und 44 ab. Die Überlaufenden dieser beiden Rohre werden
von einstellbaren Hülsen 37 gebildet. Der Ablauf der Lösung erfolgt hier in zwei
Gefäße 45, 46. Das unterste Gefäß 33 steht durch ein Steigrohr 36 mit einem dritten
Ablaufgefäß 38 in Verbindung, und auch hier ist auf dem Rohr eine einstellbare überlaufhülse
37 vorgesehen.
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Die Stutzen 35 bilden mit den Gefäßen 33 Fänge, wie schon bei der
Abb. 1 beschrieben. Der Fang unter dem Boden 23 erhält sein Waschwasser aus dem
Gefäß 46 mittels der Rohrleitung 4o. Der Fang unter dem Boden 24 empfängt Waschwasser
oder Lösung durch die mit einem Einlauftrichter versehene Rohrleitung 40', und dem
Fang unter dem untersten Boden wird das Waschwasser durch das Rohr 4o" zugeführt.
Auf der Unterseite der beiden Böden 23, 24 ist je ein Führungszylinder 47 vorgesehen,
der über das Gefäß 33 greift und dazu dient, die Vermischung der aus dem Fang ablaufenden
verdünnten Trübe mit der klaren Lösung im oberen Teil der beiden Kammern B und C
zu verhindern. Der Schaber 48 an den Rohrstutzen 33 der beiden oberen Böden dient
zum Lösen der sich auf dem Boden der Gefäße festsetzenden Feststoffe.
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Die Arbeitsweise der in der Abb.3 dargestellten Anlage ist folgende:
Im Betrieb findet eine Bewegung des Schlammes durch die
Fänge und
seine Verdünnung mittels Waschwassers in gleicher Weise wie in der Vorrichtung nach
Abb. i statt. Aus den Fängen der Böden 23 und 24 geht der Schlamm aber nicht wie
in der Abb. i durch ein Rohr ab, sondern er steigt über den Rand der Gefäße 33 und
durch den Ringkanal zwischen Gefäß und Führungszylinder zum Absitzen auf den nächsten
Boden nieder. Die klare Lösung im oberen Teil der Kammern B und C fließt durch die
Rohre 43, 44.
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Bei dieser Einrichtung kann man demnach das Waschwasser in. den untersten
Fang einleiten und als überlaufflüssigkeit immer wieder zu den Fängen der folgenden
Kammern fortleiten. Dabei fließt dann der in der obersten Kammer abgesetzte Schlamm
durch den obersten Fang, wird hier mit der überlaufflüssigkeit der n.ächstuntersten
Kammer gemischt oder verdünnt und setzt sich so oft ab, als Kammern vorhanden sind,
d. h. es findet ein Niedergang des Schlammes von der obersten zur untersten Kammer
bei gleichzeitigem Hochgang der Waschflüssigkeit auf denn umgekehrten Wege, also
eine Auswaschung oder Dekantierung im Gegenstrom statt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in der Abb.4 dargestellt.
Die Vorrichtung gleicht hier durchaus der Vorrichtung gemäß Abb. ; und hat nur geringe
Abweichungen.
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Es sind vier Kammern A;, B, C. L? vorhanden. Aus der untersten
Kammer wird der Schlamm nicht durch einen Fang, sondern durch einen Hahn oder ein
Ventil oder durch eine Pumpe oder in ähnlicher Weise ausgetragen. Ferner ist das
Gefäß 33 der Abb.3 weggefallen. Die Rohrstutzen 53, 53', 53" sind nicht an die Böden
angehängt, sondern ungefähr mit ihrer Mitte in diese eingesetzt.
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Die Fangabschlüsse sind durch Überlappungsdeckel 51, 51', 51" gebildet,
an denen die Rührarme sitzen, welche mit Rührschaufeln 49 versehen sind. Für jeden
Fang ist ein Entlüftungsrohr 52, 52', 52" vorgesehen. Die Waschflüssigkeit wird
durch die Rohre 54, 54', 54" zugeführt.