NO168089B - Fremgangsmaate for kontinuerlig separering ved elektroforese og elektro-osmose av fast pulverformet materiale som erelektrisk ladet - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en ifølge oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte for å separere fine mineralpartikler i suspensjon i et vandig medium ved hjelp av elektroforese og elektroosmose trinnene med: kontinuerlig å innføre suspensjonen som inneholder det elektronegative faste materialet inn i en elektroseparasjonscelle som har en anode og en katode mellom hvilke et elektrisk felt opprettholdes, idet katoden forsynes med et filtermedium som er gjennomtrengelig for kun en væskefase og definerer en katodeavdellng som inneholder en katolytt, mens rommet mellom filtermediet og anoden er behandlingsregionen for suspensjonen, hvorfra overskuddet av suspensjonen fjernes ved

hjelp av passende middel,

å forflytte faste partikler under innflytelse av et elektrisk felt, å avsette partiklene i form av en kake på anodeoverflaten, og å avlaste kaken utenfor suspen-sjons-behandlIngsregionen,

forflytte vaeskefasen i den motsatte retning, mot katodeavdel ingen, og å filtrere vaeskefasen gjennom filtermediet under innflytelse av et redusert trykk, og å fjerne vaeskefasen fra den avdelingen. Oppfinnelsen anvendes på faste materialer som, suspendert i et vandig medium og mens de utsettes for et elektrisk felt, oppfører seg som elektro-negative ioner, idet materialene enten er egentlig elektro-negative eller gjort elektro-negative ved hjelp av passende middel.

Mange av prosessene som utvikles i mineral industrien, særlig for behandling av kaolln (china clay), krever konsentrering av suspensjoner som inneholder meget fine eller endog kolloidale partikler. Generelt er dehydreringsteknikkene, som tyr til de vanlige operasjoner med filtrering, sedimen-tering, sentrifugering, syklonavsetting, og tørking ved varme, enten for ineffektive etter som de ikke gjør det mulig å oppnå et tilstrekkelig fast stoff, eller har en prohibitiv kostnad fra det økonomiske synspunktet. Men for partikler med en diameter som ikke overskrider 10 mikron, er elektrofiltrering en effektiv konsentreringsmåte, hvilken involverer for det samme endelige resultat en energi som er lik kun en tiendedel av det som kreves ved en termisk tørkingsoperasjon.

Prinsippet med elektrofiltrering er i og for seg kjent. Under denne operasjon blir en suspensjon som inneholder de faste partikler som skal separeres fra den flytende bæreren utsatt for et elektrisk felt som genereres mellom to elektroder. Dette betyr fremfor alt at suspensjonen som skal behandles kan lede elektrisk strøm. Når de faste partiklene er elektronegative, migrerer de under innflytelse av det elektriske feltet mot anoden på hvilken de har tendens til å avsette seg. Væsken som settes fri av bevegelsen av det faste materialet beveger seg i den motsatte retningen og migrerer derfor med de elektropositive ioner som er tilstede i suspensjonen mot katoden. Bevegelsen av faste partikler og av væske i motsatte retninger bevirker separasjon av de to fasene, med den faste fasen konsentrert ved avsetningen på anoden.

Selvfølgelig avhenger virkningsgraden for operasjonen av et visst antall av parametre, hvorav kun de mest viktige skal siteres: spredning av partiklene Innenfor den omgivende væske- massen, idet spredningen er en funksjon av den spesi-fikke vekt for partiklene og av deres elektrokinetiske

potensiale, også benevnt zeta-potensiale;

mobilitet av de faste partikler, som avhenger av zeta-potensialet, det elektriske feltet som anvendes på partiklene, og viskositeten for væsken i hvilken

partiklene beveger seg;

mediets egen elektriske reslstivitet som bestemmer amplituden av den strøm som flyter i et gitt elektrisk felt.

Elektro-negative trekk og viktigheten av slike trekk, som i vesentlig grad påvirker spredningen av partiklene innenfor vaeskefasen, kan stamme fra bruken av mineraladditiver eller vann-oppløselige organiske additiver. Disse additiver, som innføres i meget små mengder, fester seg til de faste partiklene ved absorbsjon, gjør dem mer eller mindre elektro-negative, og derfor bidrar til deres spredning innenfor væsken. Dessuten kan de modifisere egenlonlslteten for væsken og derfor påvirke mediets resistivitet.

Andre parametre som er knyttet til konseptet og byggingen av elektriske filtreringsceller, bestemmer virkningsgraden for operasjon av disse celler. Blant disse kan man nevne formen av elektrodene, deres plassering, deres avstand, og typen av materialene som elektrodene er laget av.

De bestemte problemer som møtes av fagfolk i enhver elektro-filtreringsoperasjon er: oppnåelse, ved avsetning på anoden, av tilstrekkelig tørre faststoffer som skal oppsamles, og å eliminere væsken som forflyttes av konsentrasjonen av det faste materialets avsetning.

For å øke virkningsgraden ved akkumuleringen av faststoffer, er formen av anoden blitt modifisert i tidens løp. I mange år har bruken av roterende anoder i form av en trommel som tillater den samtidig kontinuerlige avsetning og fjerning av faste kaker vært kjent, særlig fra US patent 1.133..967. Trommelen, hvis akse er horisontal, er halvveis nedsenket i en tank som inneholder suspensjonen som skal konsentreres. Faststoffene blir kontinuerlig oppsamlet ved å skrape med en passende anordning (kniv, tråd, skrape) fra anodeoverflaten mens sistnevnte kommer frem under sin rotasjon fra suspensjonen.

På tilsvarende måte (se US patentene 3.972.799 og 4.107.026 og fransk patent 2.552.096), har bruken av plate-formede anoder som muliggjør en vesentlig økning i aktiv overflate ved et gitt volum av utstyret vært kjent. Disse anoder er vertikalt montert på en horisontal aksel og roterer halv-nedsenket i en tank som forsynes med suspensjonen som skal behandles. I konstante intervaller mellom hver av anodene er der montert skillevegger som er i et med tanken, elektrisk isolert fra denne og koplet til den negative polen for en strømgenerator.

På grunn av oksyderingen som finner sted ved anoden ved frigivelse av oksygen og som kan bety en degradering av anoden ved korrosjon, har fagfolk vendt seg til: enten å beskytte anoden ved å tilveiebringe i dens umiddelbare nærhet en halv-gjennomtrengelig membran som definerer en anode avdeling av lite volum, med kaken av faststoffer avsatt på membranen til å unngå på denne måten forurensningen av faststoffene som er avsatt av korrosjonsprodukter fra anoden (US patent 4.048.038 og tilleggssertifikat 2.423.254 til fransk patent

2.354.802. );

eller anvende ikke-korroderbare elektroder som er laget av edelmetaller (f.eks. tantal) eller av metaller belagt med elektroplettering med disse edelmetaller (titan, platina) eller av metalloksyder som ikke er utsatt for korrosjon.

Ikke desto mindre møter fagfolk innenfor teknikken alltid problemet med kontinuerlig å eliminere vannet som frigjøres ved migrering og elektrolyttisk avsetning av faststoffer på anoden og, samtidig, å opprettholde en konstant konsentrasjon av suspensjonen som er tilstede elektro-separasjonscellen.

De første cellene omfatter ikke en semi-gjennomtrengelig membran som ville ha definert en anodeavdellng og en katodeavdeling.

I henhold til US patent 1.132.967, er de anvendte katoder dannet av metallelementer i form av staver eller plater som gir rom for passeringen av vaeskefasen. Elektroder anvendt av andre oppfinnere var en trådduk viklet på en trommel som dannet katoden (US patent 1.435.886). Anoden dannet av et endeløst bånd montert på valser danner kontakt med kaken som er avsatt på trommelen og inntar sin krumning. Frembring-elsen av konsentrert fast avsetning ved eliminering av vannet i kaken blir fremmet enten ved anbringelse av et kontakttrykk mellom båndet som er montert på valsene og trommelen eller ved å utsette trommelen for et negativt trykk. I den hensikt å øke virkningsgraden ved dehydrering, kombinerer man på denne måte ekstraheringen av væske ved elektroosmose og filtrering enten ved å anvende et eksternt trykk eller ved en trykkreduksj on.

Deretter førte søket for høyere virkningsgrad fagfolk til bruken av semi-gjennomtrengel ige membraner til å danne to klart adskilte avdelinger, anodeavdelingen og katodeavdelingen. Funksjonen med semi-gjennomtrengelige membraner er å tillate passering av væske og å forbli ugjennomtrengelig for passeringen av faststoffer. Når suspensjonen som skal behandles er blitt innført i anodeavdelingen og de elektro-negative ioner migrerer mot anoden, virker membranen som et filtermedium med hensyn til katoden. Væsken, hvis volum tilsvarer volumet av faststoffene som migrerer mot anoden, forskyves ved trekkrefter i de motsatte retninger, mot katoden, passerer gjennom filtermediet, og går inn i katodeavdelingen. Passeringen av væsken gjennom mediet avhenger av et visst antall av tilhørende faktorer, på den ene side, med sammensetningen av det riktige medium (typen av mate-riale, porøsitet, permeabilitet,....) og, på den annen side, med selve mediet (viskositet av væsken som virker som elektrolytten av hvilken vann er hovedkomponenten).

Passasjen av væske over mediet mot katodeavdelingen kan lettes, som angitt ovenfor med et redusert partialtrykk i denne avdeling (US patent 4.003.849), og dette er ekvivalent med å øke det virkende trykk for den osmotiske strømning over mediet. Justering av væskeekstraherlngen ved Justering av katalyttens nivå er blitt angitt i US patent 4.107.026. Det er kjent at vannstrømningstakten over mediet er relatert til besklknlngstapet for strømningen. Ettersom det ønskede siktemålet er å få de faste partiklene til å migrere 1 retningen av anoden, eksisterer der en elektrisk feltverdi , den såkalte "kritiske verdi", utover hvilke den elektriske kraften øker trekkraften på partikkelen i ekvilibrium. Styrken av det elektriske feltet som anvendes må derfor være over denne "kritiske verdi", for å unngå at de fineste partiklene som transporteres ved forskyvningen av væsken, gradvis akkumuleres på det katodiske filtermediet. Ved å motvirke strømningen gjennom mediet, vil denne akkumulering gjøre passeringen av den vandige fase vanskeligere.

Innføringen av vann i katodeavdelingen ved passering gjennom mediet bevirker fortynning av elektrolytten (benevnt katolytten) som er tilstede i denne avdeling. Behovet for å opprettholde en viss konsentrasjon av katolytten for å sikre elektrisk strømforbruk fra katoden til suspensjonen som skal behandles, har ledet forskere til å ekstrahere den fortynnede elektrolytten i den hensikt å fornye den ved å utskille den direkte inn i katodeavdelingen.

Justering av uttømningen av væske som ekstraheres fra katodeavdelingen er blitt angitt i fransk patent 2.354.802 og i dets tilleggssertifikat 2.423.254. Ekstraheringen av denne vandige fasen fra katodeavdelingen justeres ved kontinuerlig å måle væskenivået av katolytten og påvirke enten uavhengig eller samtidig de følgende to parametre: det reduserte trykk over væskenivået av katodeavdelingen, og tettheten av elektrisk strøm som flyter gjennom elektro-separasjonscellen.

Faktisk vil passeringen av væske over det katodiske filtermedium bli lettet ved permanent å opprettholde et lavt trykk over katolyttens nivå. Det partielle vakuum over katoden justeres ved hjelp av en vakuumpumpe som styres ved hjelp av målingen av det lave trykket. Dessuten kan utviklingen av en ørliten avsetning av fine, faste partikler på filtermediet eller på akkumuleringen av de partiklene i dens umiddelbare nærhet forøkes eller reduseres ved å modifisere den elektriske feltstyrken og dermed strømtettheten. En økning I strømtettheten bevirker en tilsvarende økning i hastigheten av fast-partikkel migreringen mot anoden. En minskning i strømtetthet betyr utviklingen av en partlkkelavsetnlng på filtermediet, med avsetningen motvirkende væskepassasjen. Ved samtidig å justere de to parametrene (redusert trykk over nivået av katolytten og strømtettheten), vil fagfolk har oppnådd balansert drift av cellen for en fast uttømningstakt av filtratet ut av katodeavdelingen.

Ikke desto mindre har søkerens erfaring vist at over tid, etter et visst antall av driftstimer, tar reguleringen ikke i betraktning det faktum at de to parametrene som er nevnt ovenfor viser seg å være utilstrekkelige for å opprettholde effektiv drift av elektroseparasjonscellen, fordi man observerer samtidig en progressivt avtagende avsetning av faststoffer på anoden, en minskning i uttømningen av filtratet som passerer gjennom katodemedlet, og en økning i pH'en av katolytten til høye alkaliske verdier.

For å øke virkningsgraden ved separasjonen av faststoffer, har fagfolk tydd til innføringen av syreadditiver i katodeavdel ingen. Fra ovennevnte US patenter (US patentene 3.980.547, 4.003.811 og 4.048.038) har det vært kjent å anvende for dette formål mineralsyrer, slik som saltsyre, svovelsyre eller fosforsyre. Ifølge disse patentene forsøker man å holde pH-verdien i katolytten mellom 2 og 7, med konsentrasjonen av syreoppløsningen som introduseres vari-erende fra 0,1 vekt-SÉ til 10 vekt-# (US patent 3.980.547) eller fra 0,1 vekt-SÉ til 1 vekt-* (US patent 4.003.811 og 4.048.038).

I den utstrekning som den vandige fase, som kommer fra anodeavdelIngen, trenger gjennom membranen 1 katodeavdelIngen ved elektroosmose, medfører den påfølgende fortynning av katalytten en endring av de elektriske karakteristika (særlig reslstlvlteten) for sistnevnte. For å opprettholde det elektriske strømforløpet for en passende amplitude, må egenskapene ved elektrolytten og derfor dens sammensetning ikke variere utover visse grenser. For å ekstrahere den vandige fasen som angitt ovenfor, og for å opprettholde et stabilt strømforløp på de kjente amplituder, har fagfolk (US patentene 3.980.547, 4.003.311 og 4.048.038) tydd til å tilveiebringe åpen kontinuerlig sirkulasjon av katolytten over katodeavdelingen. Frisk katolytt innføres kontinuerlig direkte i katodeavdelingen, og den brukte katolytten ekstraheres fra den avdelingen. Som angitt ovenfor blir en syreoppløsning tilblandet den friske elektrolytten for å opprettholde pH-verdien av katolytten som befinner seg i katodeavdelingen innenfor området 2-7.

I andre tidligere kjente utførelsesformer, omfattet visse elektro-separasjonssystemer en andre semi-gjennomtrengellg membran som er plassert rundt anoden og definerer et lukket rom som er benevnt anodeavdeling. Hensikten med denne membran, som likeledes danner et filtermedium og på hvilken de faste partikler avsettes ved elektroforese, er å unngå forurensning av avsetningen av korrosjonsprodukter fra anoden (US patent 4.048.038).

Elektrolytten som befinner seg i anodeavdelIngen er benevnt anolytt og inneholder mineralsalter, hvorav visse oppløses i de elektrokjemiske reaksjoner som finner sted nær anoden. De resulterende endringer i de elektriske egenskaper krever, slik som i tilfellet med katolyttene, fornyelse av anolyttene for opprettholdelse av deres sammensetning nær konstante verdier.

Fransk tilleggssertifikat 2.423.254 har omhandlet anordninger som gjennomfører denne fornyelse. Systemet omfatter et sett av enheter som er anordnet 1 form av en lukket sløyfe på anodeavdelingen. Anolytten som ekstraheres passerer først inn i et avgassingskammer i hvilket gassen som genereres ved elektrokjemisk dekomponering av elektrolytten som danner kontakt med anoden, separeres fra vaeskefasen. Under innflytelsen av tyngdekraften, løper vaeskefasen inn i en bufferbeholder før den bringes tilbake ved hjelp av en pumpe til anodeavdelingen. Den brukte anolytten blir direkte ekstrahert fra denne bufferbeholder. Likeledes blir frisk anolytt som befinner seg i en mellomliggende lagertank innført ved et punkt i kretsen oppstrøms relativt bufferbeholderen. Ikke desto mindre, etter som ekstraherlngen av den brukte anolytten foretas direkte via en overstrømningsgrense som er satt på bufferbeholderen gjennom hvilken den resirkulerte anolytten strømmer mot anodeavdelingen, kan systemet ikke virke effektivt i den form som er beskrevet hvis innføringen av ny anolytt inn i kretsen og utskillelsen av den brukte anolytten foretas diskontinuerlig og uavhengig av hverandre. Som en følge derav kan sammensetningen av elektrolytten i den lukkede sirkulasjon på anoden ikke holdes konstant som beskrevet i ovennevnte sertifikat og varierer mellom grense-verdier som ikke er blitt angitt.

Dessuten, ettersom anolytten er en NaCl-oppløsning, blir klor, som frigis ved anoden, frembragt ved elektrolyttlsk reaksjon. Som angitt i fransk tilleggssertifikat 2.423.254 må dette klor elimineres eller eventuelt gjeninnføres i katodeavdelingen. Håndteringen av klorgass og dens gjen-innføring i den avdelingen byr imidlertid på alvorlige problemer. Når kloret Innføres i atmosfæren av hydorgen som frigis I anodeavdelingen, kan en eksplosiv blanding utvikles. Når kloret direkte injiseres i katolytten, betyr injiserlngen utviklingen av hypoklorsyre med en liten oppløsningskonstant som ikke vanskeliggjør en gradvis endring av katolytten til en meget alkalisk pH. Dessuten er hypokloritene som frem-bringes 1 katolytten aggressive sammensetninger som ødelegger katoden ved korrosjon og forurenser katolytten, hvis ekstrahert andel ikke kan frigis i det naturlige miljø.

Således, uansett læren ifølge den kjente teknikk hva angår behandling av katolytten, nemlig injisering av klor eller innføringen av mineral-syre oppløsninger (HC1, H2SO4, H3PO4), inneholder katolytten fremmedelementer slik som svovel, klor og fosfor, som opprinnelig ikke var tilstede i den suspensjon som skal behandles. Den andel av katolytten som trekkes fra katodeavdelingen er en effluent som, før den forkastes, krever en passende behandling slik at antiforurensnings-bestemmelser oppfylles.

Det er vitenskapelig kjent at volumet av den vandige fasen som elimineres tilsvarer volumet av den vandige fasen som forskyves ved elektroosmose over kaken av de faste partikler som er avsatt på anoden. Derfor krever kontinuerlig elektro-separasjon, uten plutselig stopp, samtidig perfekt jevnhet i overgangen på den vandige fasen over filtermediet og utmerket jevnhet for dens ekstrahering.

Søkeren har vist ved sin forskning at hydroksyl (OH-)ioner som genereres nær anoden ved elektrolyttisk reaksjon, er viktig. Disse ioner som migrerer mot anoden, kolliderer under sin bevegelse med den barriere som det katodiske filtermedium danner og hindrer passeringen av den vandige fasen i den motsatte retningen gjennom mediet.

Akkumuleringen av hydroksylioner 1 katodeavdelingen påvirker derfor ugunstig operasjonen av cellen ettersom passasjen av den vandige fasen mot katoden hindres og at derfor konsentrasjonen av de faste stoffer som avsettes på anoden ved elektroosmose forstyrres. Denne akkumulering omdannes til en endring i pH-verdien for katolytten som utveksler seg til meget alkaliske verdier. Derfor, etter et visst antall av driftstimer, fører denne akkumulering til en meget vanskelig-gjort operasjon for cellen med risikoen for blokkering, uansett justeringen av de andre parametrene som påvirker elektro-separering (elektrisk felt, strømtetthet, resistivitet for mediet, lav trykk på katodeavdelingen, etc.)

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en kontinuerlig prosess for å separere ved elektroforese eller elektroosmose, elektro-negativt ladede mineralpartikler som er suspendert i et vandig medium hvor katolytt-behandling kontinuerlig utføres ved hjelp av et hjelpemiddel som, ved å modifisere forholdet av de normalt tilstedeværende ionearter, sikrer effektiv elektro-separasjon av faststoffene ved kontinuerlig og jevn utvikling av en partikkelavsetning på anoden, øker virkningsgraden av den osmotiske passasje av den vandige fase over det katodiske filtermedium, gjør det mulig å opprettholde pH-verdien av katolytten innenfor et område som er nær nøytralpunktet, innfører ikke i katolytten noe fremmedelement som ville modifisere katolyttens sammensetning og som Ikke var tilstede i suspensjonen som skal behandles, og derfor gjør den vandige fase for ekstraheres fra katodeavdelingen for eliminering av overskuddsvann ikke-forurensende.

Ifølge oppfinnelsen kjennetegnes fremgangsmåten for samtidig og kontinuerlig å utvikle en jevn avsetning av faststoffasen på anoden å oppnå jevn ekstrahering av vaeskefasen med et vannresultat minst lik 1, fortrinnsvis mellom 0,01 og 1,5, der resultatet defineres av forholdet mellom mengden av vann som passerer pr. tidsenhet gjennom det katodiske filtermedium og den teoretiske verdi Q-j av vann som forflyttes pr. tidsenhet ved elektroosmose,

at det inn i katodeavdel ingen uttømmes en mengde Q3 av katolytt pr. tidsenhet, med Q3 vesentlig større enn Q-p,

at mengden Q3 deles i to fraksjoner Qj og Q2, med 0^ forkastet,

at fraksjonen Ctø behandles kontinuerlig i en behandlingsanordning utenfor elektro-separasjonscellen med hjelp av et behandlIngsmiddel,

at den behandlede fraksjon O2 kontinuerlig reinjiseres i katodeavdelingen I den hensikt å modifisere forholdet av ionearter som er tilstede i katolytten og å gjøre katolytten selv. til et naturlig avfalls produkt,

at forholdet O2/QT er større enn 1,5 og fortrinnsvis mellom 4,0 og 8,0,

at behandlingsmidlet som anvendes i prosessen er surt, og at strømtettheten i elektroseparasjonscellen strekker seg fra 1 til 20 milliampére/cm<2>, og fortrinnsvis fra 5 til 15 milllampére/cm<2>.

Faktisk har søkeren i tallrike eksperimenter vist viktigheten av resultatet av vannekstraksjonen, med resultatet definert som forholdet mellom mengden av vann som passerte pr. tidsenhet over filtermediet og bestemt forkastes, og den teoretiske mengde Q-p som ble beveget pr. tidsenhet ved elektroosmose under utviklingen av fast-partikkel avsetningen på anoden.

Erfaring viser at det resultat Qi/Q-p er en absolutt nødvendig betingelse for kontinuerlig og jevn drift av elektro-separasjonscellen.

Således, når konsentrasjonen av tørre materialer i suspensjonen som skal behandles er kjent, og når innholdet av tørrmaterialet i kaken som samles på anoden bestemmes, er det mulig å bestemme mengden Q-p av væsken som beveges pr. tidsenhet ved elektroosmose i kaken og derfor å bestemme mengden som bestemt skal forkastes pr. tidsenhet.

Når så andelen Qj er definert, blir en mengde O3 som i stor grad overskrider Q-p uttømt fra katolytten pr. tidsenhet, idet Q3 deles i to andeler 0^ og O2, med Qj forkastet mens O2 kontinuerlig behandles I en behandlingsanordning.

Andelen Q2 som skal gjeninnføres i katodeavdelingen etter behandling justeres til å gi det nevnte forholdet O2/OT derved for å forøke diffusjonen og blandingen av Q2 innenfor katolytten som er tilstede i katodeavdelingen.

Under utskillelsen av andelen Q3, måler man dens pH og sammenligner den målte verdien med en satt verdi. Sammen-ligningen mellom de to pH-verdiene gjør det mulig å justere tilgangen for behandlingshjelpemidlet til andelen Q2 for å oppnå i katodeavdel Ingen en pH nær eller lik den pH som er ønskelig for andelen Qj_. Generelt blir pH-verdien for andelen 0^ som skal elimineres bestemt av brukeren og gjør det mulig å definere den satte pH-verdi. I en foretrukket utførelsesform og for å tilfredsstille anti-forurensnings-bestemmelsene, er pH-verdien for andelen innenfor området 6,5-8.

For å lette passeringen av denne andel 0^ over filtermediet, skaper man på konvensjonell måte et redusert trykk i katodeavdelingen. Det reduserte trykk er vanligvis satt til en verdi av minst 6,5'10<3> Pascal (tilsvarende 50 millimeters kvikksølvsøyle) og fortrinnsvis til verdier mellom 13-10<3> og 47'10<3> Pascal (tilsvarende 100 - 350 mm Hg).

Behandlingshjelpemidlet som anvendes I prosessen er et syremiddel og fortrinnsvis kullsyregass (CO2).

For på riktig måte å utøve prosessen ifølge oppfinnelsen, er de elektriske driftskarakteristika for elektroseparasjonscellen som følger: den elektriske feltstyrken mellom elektrodene velges i området 1-25 volt/cm og fortrinnsvis I området 5-15 volt/cm.

I henhold til oppfinnelsen inneholder suspensjonen som skal behandles fine mineralpartikler, som er egentlig elektro-negative eller ble gjort elektro-negative, og har vanligvis en elektrisk resistivitet i området 250 - 2500 Sl.cm og fortrinnsvis mellom 500 og 1800 fl. cm for å tillate passasjen av en strøm av tilstrekkelig intensitet mens forbruket av elektrisk energi forblir begrenset.

Oppfinnelsen ville bedre forstås fra den etterfølgende beskrivelse basert på et kretsskjema (Figur 1) som Illu-strerer prosessen uten å begrense dens omfang.

I henhold til figur 1 består anordningen i praksis av en elektroseparasjonscelle som omfatter en beholder 1 som er forsynt med en tilførselsledning 2 som er forbundet med en tilførselstank 3 som inneholder suspensjonen som skal behandles og med et overløp 4 som er forbundet med en mottagende beholder 5. Innenfor beholderen 2 er der montert en eller flere rader av avvekslende katode- og anode-elektroder med justerbar avstand og med deres plane over-flater parallelle med hverandre. Anoder 6 som er koblet til den positive polen av en ekstern strømkilde 7 kan

enten være rektangulære, og det er da mulig å bevege dem opp og ned parallelt i et vertikalt plan for å få anodene til å komme ut fra elektrolyttanken i hvilken de er nedsenket til å akkumulere kaken av faststoffer

som er avsatt 1 løpet av elektrolysen,

eller fortrinnsvis gis formen av sirkulære plater som drives i rotasjonsbevegelse rundt deres horisontale akse mens, i dette tilfellet kaken av faststoffer kontinuerlig fjernes fra plateseksjonen som kommer ut fra suspensjonen ved hjelp av et eller annet middel som er kjent for fagfolk (kniv, tråd, skrape, etc).

Disse elektroder er laget av et edelmetall, slik som titan belagt med et tynt platinalag ved hjelp av elektroplettering eller av et visst annet metall eller metalloksyd som motstår korrosjonen fra gassen som genereres på anoden og av H+ ionene som er knyttet til gassfrigjøring under den elektrokjemiske reaksjonen.

Katodene 8 er dannet av faste organer som, i en utførelses-form av oppfinnelsen, kan ha formen av halvsirkulære sektorer av rustfritt stål som er fullstendig nedsenket i suspensjonen og koblet til den negative polen for strømgeneratoren 7. Hver av katodene er forsynt med et filtermedium 9 som definerer et lukket volum 10 som benevnes katodeavdelingen og inneholder katolytten.

Katodeavdelingen er:

koblet gjennom en ledning 11 som ender i sin øvre seksjon ved en vakuumpumpe 12 som tillater reguleringen av det reduserte trykk over katolyttnivået rundt en satt verdi som foreskrevet av et måleinstrument 21 av

det negative trykket i katodeavdelingen, og

- koblet gjennom ledninger 13 og 14, som går inn i avdelingen under katolyttnivået, til en anordning 15 som muliggjør kontinuerlig injisering og Justering av behandlingsmidlet (kullsyregass CO2) i den lukkede sløyfe som er dannet av sammenstillingen av de to ledningene, injiseringsanordningen 15 og katodeavdel ingen 10.

Kontinuerlig sirkulasjon av katolytten oppnås med en pumpe 16 i den resulterende krets. Behandlingsmidlet injiseres ved hjelp av et eller annet middel som er kjent for fagfolk for å oppnå effektiv kontakt mellom behandlingsmiddelet og væsken. Anordningen som anvendes må tilpasses behandlingsmidlet som anvendes og mengden O2 av den sirkulerende katolytten.

Når behandlingsmidlet er kullsyregass (CO2) og når utstyret har lav kapasitet, kan C02-injiseringsanordningen være en hindret glassplate. I tilfellet med større væske og gasstrømninger, bør anordninger som er kjent for fagfolk innenfor kjemiteknikk anvendes, nemlig pakkede søyler eller spredningssøyler. Strømnignstakten for behandlingsmidlet justeres ved hjelp av pH-måler 20 som kontinuerlig måler pH-verdien av katolytten som ekstraheres fra katodeavdelingen. Etter sammenligning av pH-verdien med en satt verdi, blir en styreventil 19 som modifiserer strømningstakten for hjelpemidlet som er innført i kretsen, aktivert til permanent å opprettholde i katodeavdelingen en pH-verdl nær den pH-verdi som er valgt av brukeren.

En mengde Q3 av katolytten blir kontinuerlig ekstrahert pr. tidsenhet fra avdeling 10 gjennom ledningen 13. Volumet O3 settes til en verdi som er langt større enn Q-p. Volumet dreneres fra den totale uttømning Q3 av katolytten som forlater avdelingen 10 og utskilles fra kretsen gjennom en ventil 17 og en ledning 18. Når behandlingsmidlet er CO2 og den eliminerte andel er en effluent hvis kontinuerlig overvåkede pH-verdi og Innhold av kjemiske komponenter samsvarer med de standarder som er spesifisert av anti-forurensningslover for avfallsmaterialer, blir forskjellen Q3 - Qj, dvs. O2, behandlet i anordning 15 for Innføring av hjelpemidlet og bringes tilbake inn i den nedre delen av katodeavdelingen 10 gjennom pumpe 16 og returlednlng 14. Når hjelpemidlet er CO2, gir bruken av en passende anordning 15 for injisering av gassen en homogen spredning av gassen i rekkeandelen Q2. Den kontinuerlige gjeninnføring av denne andel i kretsen i den nedre del av katodeavdel ingen og ekstraheringen av andelen Q3 ved toppen av avdelingen, sikrer fullstendig diffusjon av katolytten som behandles med katolytten fordelt over hele høyden av katodeavdelingen. Strømningstakten O2 er slik at en tilstrekkelig mengde av C02~gass absorberes til å nøytralisere hydroksylioner som genereres i katodeavdelIngen og opprettholder en pH-verdi som er større eller lik eksempelvis 8 i den avdelingen. I betraktning av den svake alkalitet i katolytten som ekstraheres fra katodeavdelingen og på grunn av den lave oppløsbar-het av CO2 i katolytten, er forholdet mellom massestrømnings-takten for den sirkulerende væsken og C02~gassen meget viktige for å sikre den ønskede absorbsjon av C02~gassen.

I den form som er beskrevet, kan prosessen ifølge oppfinnelsen anvendes til å behandle samtlige suspensjoner som inneholder fine partikler av elektro-negative faste materialer i den hensikt å adskille partiklene fra vaeskefasen i hvilken de holdes i suspensjon. Slike suspensjoner kan Inneholde meget ulike materialer, slik som kalsiumkarbonat, kaoliner, silikater, oksider av titan og aluminium, kalsium-fosfater, gips etc.

Konsentrasjonen av faststoffer i kaken som oppnås ved elektro-separasjon kan nå verdier som overskrider 75* for konsentrasjoner av 20 - 50 vekt-* av suspensjonene som behandles.

For klarere å vise mulighetene som gis ifølge oppfinnelsen, er de to følgende eksempler relatert til elektro-separasjonen av en suspensjon av kalsiumkarbonat og elektro-separasjonen av en suspensjon av kaoliner.

Eksempel 1

En kalsiumkarbonat (CaCC^) suspensjon med en konsentrasjon av 49,6* av faststoffer ble anvendt; en organisk polymer (natriumpolyakrylat) i konsentrasjoner av 0,3-0,4 vekt-*, betegnet som tørrmateriale til tørt kalsiumkarbonat, ble innført i suspensjonen. Denne polymer som adsorberes på kalsiumkarbonatpartikler, genererer negative ladninger på de faste partiklene. Resistiviteten i den vandige fasen er nær 600 n.cm.

Det elektriske feltet som fremkommer på elektroden er 11,7 volt/cm, som ved en elektrodeavstand av 6 cm tilsvarer et totalt felt som er 70 volt. Strømtettheten er nær 16 milliampére/cm<2>. Det reduserte trykk over væskenivået i katodeomslutningen er 26'IO<3> Pascal (dvs. ca. 200 mm kvikksølvsøyle).

Ved en strømningstakt av 765 kg/t av suspensjonen som leveres til elektroseparasjonscellen og en masse av 506 kg/t av kake samlet med en massiv CaCOs konsentrasjon på 75*, er strøm-ningstakten Qi av væske som fjernes fra cellen og kastes fra katodeavdelingen 263 liter/t. Den teoretiske strømningstakt Q-p av vannet som forflyttes ved elektroosmose under avsetningen av de faste materialer på anoden er 259 liter/t. Således er vannekstraheringsresultåtet nær 1,015. Den totale strømningstakt O3 fra katodeavdelingen er 1763 liter/t. Strømningstakten O2 for katolytten som resirkuleres i katodeavdelingen er 1500 liter/t, tilsvarende et Q2/QT" forhold lik 5,79. pH-verdien for katolytten O3 som ekstraheres er 7,9. Injiseringen av CO2 justeres slik at ved en væske resirkulerings strømningstakt Q2 lik 1500 liter/t, reduseres pH-verdien for andelen Q2 til 7,3. Under disse forhold er strømningstakten for CC^-gassen 0,4 kg/t som tilsvarer et C02~forbruk som er litt mer enn 1 gram (dvs. 0,51 liter under normal trykk- og temperaturbetingelser) pr. kilogram CaCC^.

Effluensen som ekstraheres fra cellen under de drifts-betingelser som er angitt ovenfor har den følgende kjemiske sammensetning:

Som angitt ovenfor er pH-verdien for Q^ lik 7,1. Ettersom en polyvinylkloridmembran med en liten porestørrelse anvendes som filtermediet som definerer katodeavdelingen, er konsentrasjonen av faststoffer som er tilstede i effluenten mindre enn 50 mg/11ter.

Den kjemiske sammensetning, pH-verdien og konsentrasjonen av faststoffer er slik at den flytende effluenten er Ikke-forurensende og den kan kastes som sådan uten ytterligere behandling for å få den til å svare til antiforurensnings-bestemmelsene for avfallsmaterialer.

Eksempel 2

Dette eksempel er relatert til separasjonen av kaolinpar-tikler som er tilstede i en vandig suspensjon med en fast-stoffmaterialkonsentrasjon lik 24, 6%, i hvilket et dispergerende middel i form av en kopolymer av natriumakrylat og akrylamid innføres i en konsentrasjon av 0,6*, uttrykt som tørrvekt pr. tørrvekt av kaolin.

Systemet som ble anvendt var det samme som i eksempel 1, men elektrodeavstanden ble redusert til 5 cm i stedet for 6 cm. Spenningen på terminalen hos strømgeneratoren var nær 56 volt, hvilket tilsvarer en elektrisk feltstyrke av ca. 11,2 volt/cm. Strømtettheten ble opprettholdt på 8 milliampér/cm<2>. Det reduserte trykket over katolyttnivået i katodeavdelingen var 13'IO<3> Pascal (dvs. ca. 100 mm Hg-søyle). Under driftsbetingelsene som er definert på denne måte og med en tilførselsstrømningstakt av størrelsesorden 489 kg/t til cellen, var mengden av fuktig kaolin avsatt på anoden 261 kg/t, idet konsentrasjonen av faststoffer i kaolinene utgjorde 46,9*. Strømningstakten for væsken som ble ekstrahert fra katodeavdelingen og bestemt kastet deretter var 300 liter/t ved en teoretisk strømningstakt Qf lik 228 liter/t av vannet som ble forflyttet ved elektro-osmose. Resultatet av vannekstraksjonen var derfor 1,315. Mengden av CO2 injisert i katalyttandelen O2 resirkulert inn i katodeavdelingen ble Justert slik at pH-verdien i katodeavdel ingen varierte i området 6,7 - 7,3. Den vandige fraksjon O3, som ble ekstrahert fra katodeavdelingen og den eliminerte delen av denne er en effluent, hadde en pH nær nøytralpunktet. Konsentrasjonen av elementene kalsium og natrium i den effluenten var som følger:

Na<+> 700 mg/liter Ca<2+> 21 mg/liter.

Det kjemiske oksygenbehovet var mellom 20 og 40 mg/liter.

Slik som 1 eksempel 1, var mengden av faststoffer som var tilstede i suspensjonen i effluentene under 50 mg/liter.

Eksempel 3 - Sammenlignende eksempel

Viktigheten av CO2 er Illustrert i det etterfølgende eksempel 1 hvilket den samme suspensjonen av kaolin (engelsk "china clay") ble behandlet under den samme testperioden i en laboratoriecelle, først med C02~gass injisering og deretter uten dette.

Operasjonsforholdene for cellen var som følger:

Kaolinsuspensjonen som ble behandlet hadde en begynnelses-konsentrasjon av 25,9* av fastmaterialer. Et dispergerende middel bestående av en kopolymer av natriumakrylat og akrylamid ble innført 1 suspensjonen i en konsentrasjon av 0,6 vekt-*, uttrykt som tørrvekt pr. tørrvekt av kaolin.

To tester ble foretatt, en uten CO2, den andre med CO2-injisering i henhold til oppfinnelsen justert slik at en pH-verdi nær 8 ble opprettholdt i katodeavdel ingen; hver av disse tester varte 12 timer.

Tabell 1 gir opplisting for eksperimentene med og uten CO2-gass de følgende verdier i den første, tredje, sjette og tolvte time av celledrift: - mengder av faststoffer uttrykt som tørrmaterialer på anoden,

strømningstakt, uttrykt i liter/time av vann som er

ekstrahert fra katodeavdelingen, og

- vannresultåtet (Qi/Qt)«

På basis av denne tabell er det interessant å bemerke at uten C02~injisering, vil vannresultatet for cellen og mineral-mengden som avsettes på anoden avta i løpet av tiden, idet tapet i resultat utgjør ca. 13* i løpet av tolv timer, dvs. litt mer enn 1* pr. time, mens med C02-injisering vil resultatet og mengden av faststoffer som avsettes på anoden forbli konstante under tidsforløpet.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for å separere fine mineralpartikler i suspensjon i et vandig medium ved hjelp av elektroforese og elektroosmose omfattende trinnene: kontinuerlig å innføre suspensjonen som inneholder det elektro-negative faste materialet inn i en elektro-separa-sjonscelle som har en anode og en katode mellom hvilke et elektrisk felt opprettholdes, idet katoden forsynes med et filtermedium som er gjennomtrengelig kun for en væskefase og som definerer en katodeavdeling som inneholder en katolytt, mens rommet mellom filtermediet og anoden er behandlingsregionen for suspensjonen, og hvorfra suspensjonsoverskuddet fjernes ved hjelp av passende middel, å forflytte faste partikler under innflytelse av et elektrisk felt, å avsette partiklene i form av en kake på anodeoverflaten, og å avlaste kaken utenfor suspensjons-behandlingsregionen, å forflytte vaeskefasen i den motsatte retningen, mot katodeavdel ingen, å filtrere vaeskefasen gjennom filtermediet under innflytelsen av et redusert trykk, og å fjerne vaeskefasen fra den avdelingen, karakterisért ved, for samtidig og kontinuerlig å utvikle en jevn avsetning av faststoffasen på anoden og å oppnå jevn ekstraher ing av vaeskefasen med et vannresultat minst lik 1, fortrinnsvis mellom 1,0 og 1,5, der resultatet defineres som forholdet mellom mengden av vann som passerer pr. tidsenhet gjennom det katodiske filtermedium og den teoretiske verdi Q-p av vann som forflyttes pr. tidsenhet ved elektro-osmose, at det inn i katodeavdelingen uttømmes en mengde Q3 av katolytt pr. tidsenhet, med O3 vesentlig større enn Q-p, at mengden Q3 deles i to fraksjoner 0^ og Ctø, med forkastet, at fraksjonen Ctø behandles kontinuerlig i en behandlingsanordning utenfor elektroseparasjonscellen med hjelp av et behandlingsmiddel, at den behandlede fraksjon O2 kontinuerlig reinjiseres i katodeavdelingen i den hensikt å modifisere forholdet av ionearter som er tilstede i katolytten og å gjøre selve katolytten til et naturlig avfallsprodukt, at forholdet Q2/QT er større enn 1,5 og fortrinnsvis mellom 4,0 og 8,0, at behandlingsmidlet som anvendes i prosessen er surt, og at strømtettheten i elektroseparasjonscellen strekker seg fra 1 til 20 milliampére/cm2 t og fortrinnsvis fra 5 til 16 milliampére/cm2 m

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakter 1 sert ved at CO2 er det foretrukne behandlingsmidlet.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at pH-verdien for den drenerte andel Q3 måles kontinuerlig, og at den målte verdien sammenlignes med en satt verdi.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3,karakterisert ved at pH-verdien er mellom 6,5 og 8,0.

5. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1 -4, karakterisert ved at innføringen av behandlingsmidlet er bundet til den målte pH-verdien og den satte pH-verdien.

6. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-5,karakterisert ved at den utøves i katodeavdelingen som utsettes for et redusert partielt trykk av minst 6,5'10<3> Pascal.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at det reduserte partielle trykket er fortrinnsvis mellom 13'10<3> og 47-10<3> Pascal.

8. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-7, karakterisert ved at resistiviteten i suspensjonen som innføres justeres til en verdi mellom 250 og 2500 n.cm og fortrinnsvis mellom 500 og 1800 n.cm ved Innføring av et kationisk middel.

9. Fremgangsmåte som angitt I et hvilket som helst av kravene 1-8, karakterisert ved at det elektriske feltet mellom de to elektrodene har en verdi mellom 1 og 25 volt/cm og fortrinnsvis mellom 5 og 15 volt/cm.