188468. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szuszpenziók ülepedési jellemzőinek mérésére
1 188 468 2 Az ülepedés és tömörödés kinetikájának elvi alapokra helyezett tárgyalása Kynch (Knych G.J.: Theory of sedimentation. Trans. Far. Soc. 48. /1952/, 166—176.) szerint, hogy a koncentráció és a sebesség szorzatából képzett szilárdanyag-fluxus is csak a koncentráció függvénye: S = S/c/ = cu ahol: S a fluxus, azaz a sztatikus ülepítő egységnyi horizontális felületén időegység alatt átáramló szilárdanyag mennyisége, kg m'2 óra'1, c a szilárdanyag koncentráció az adott keresztmetszeten, kg m'J, u a c koncentrációjú réteg ülepedési sebessége, m óra'1. Adott szuszpenzió sztatikus fluxusdiagramja, az' S/c/ függvény, a szuszpenzió összes ülepedési és tömörödési tulajdonságát tartalmazza, a szuszpenzió ülepedését egyértelműen jellemzi. Talmage és Fitch (Talmage W.P., Fitch E.B.: Determining thickener unit areas. Ind. Engng. Chem. 47. /1955/, 38-41, és Fitch E.B.: Current theory and thickener design, Ind. Engng. Chem. 58. /1966/, No. 10. 18— 28.) egyszerű módszert ajánlott a különböző szilárdanyag koncentrációkhoz tartozó ülepedési sebesség meghatározására egyetlen híg szuszpenzióminta ülepedésének mérése alapján (1. ábra). Az iszapnívó szintjének időbeli csökkenését ábrázoló ülepedési görbének a kritikus pont (Pk) elérése előtti szakaszán a kezdeti c0 koncentrációjú szuszpenzió u0 sebességgel ülepszik, ami leolvasható az eső görbe kezdeti iránytangenseként. A kritikus pont után egyre csökkenő iránytangens az iszapnívó csökkenő ülepedési sebességét mutatja, ami annak a következménye, hogy a felszínen egyre nagyobb a koncentráció. Az ülepedési sebesség bármely P pontra érintő-szerkesztéssel határozható meg, de egzakt módon nem ismert e pontban a szilárdanyag koncentráció, ezért ez a számítási módszer is pontatlan. Comings és munkatársai (Comings E.W.: Thickening calcium carbonate slurries. Ind,Engng. Chem. 32. /1940/, 663—667. és Comings E.W. Pruiss C.E.; De-Bord C.: Continuous settling and thickening, Ind. Engng. Chem. 46. /1954/, 1164—1172.) kisméretű folytonos üzemű ülepítőben végzett méréseikkel kimutatták, hogy a sztatikus ülepedési görbe alapján csak a nem-kompresszibilis zagyok esetén lehet kellő pontossággal ülepítőt tervezni. A sztatikus ülepítési kísérletek és a kisméretűi folytonos üzemű ülepítő modelleken végzett kapacitásmérések eredményei között tapasztalt ellentmondások fő oka az, hogy a sztatikus méréseknél csak az iszap legfelső rétegének koncentráció és ülepedési sebesség adatait lehetett meghatározni. Itt természetesen jelentkezik az iszapnyomás hatása, szemben a folytonos üzemű ülepítők alján található sűrű szuszpenziókkal. A sugárabszorpciós koncentrációmérési módszer tette lehetővé a szuszpenziók belsejében fellépő helyi szilárdanyag koncentrációk érintésmentes mérését, és az ülepedés közben létrejövő tömörödés időbeli vizsgálatát. Scott (Scott J.J.: Theory of thickening: factors affecting settling rate of solids in flocculated pulps. Trans. Inst. Min. Metall. 77. /June 1968/, C 85—97.) három ülepedési módust különböztetett meg: 1. híg szusz penzió kát, amelyekben a flokkulált pelyhek individuálisan ülepednek (ideális szuszpenziók). 2. közepes koncentrációjúakat, amelyeket a szemcsék közötti csatornaképződés jellemez (az elméleti ülepedesi sebességhez képest abnormisan nagy ülepedési sebesség), 3. tömör szuszpenziót, amelyben a pehelyszerkezet széttöredezik (mechanikus kompresszió). A találmány szerinti célkitűzés a hidratáció, valamint az ülepítőszerek hatására bekövetkező pehelyképződés miatt jelentkező folyamatok figyelembevévele volt üzemi körülmények között. Ehhez az ülepedés közben a koncentrációprofilok ismeretére van szükség. Mivel a mintavételes vizsgálat nagy hátránya, hogy kevert mintából ad információt, és a mintavétel magát az ülepedési folyamatot is megzavarja; a radioaktív sugárzás elnyelődésén alapuló szilárdanyag koncentrációmérés viszont érintésmentes, folytonos üzemű mérést tesz lehetővé, ezért az utóbbi módszert választottuk. A találmány célkitűzését úgy valósítjuk meg, hogy a függőleges ülepítőcsőben ülepített szuszpenzióban a szilárdanyag koncentráció profilokat a csövet kétoldalról közrefogó, a cső mentén együtt mozgatott sugárforrás és sugárzásdetektor segítségével mérjük. Itt felhasználjuk azt a tényt, hogy a lágy gammasugárzás alkalmazása esetén a csövön átjutó sugárzás intenzitása a szilárdanyag koncentráció egyértelmű függvénye, és e mérés a szilárd- és folyadékfázis kis sűrűségkülönbsége esetén is nagy érzékenységű. A mérési görbékből a kiválasztott szilárdanyag koncentrációkhoz tartozó szilárdanyag fluxus adatok a 2. ábra szerint úgy határozhatók meg, hogy egyetlen ülepítés során mért koncentrációprofilok kiválasztott szilárdan) ag koncentrációknál képzett függőleges metszeteiből, a T terület és At időkülönség hányadosából határozzuk meg: ahol: S a szilárdanyag fluxus, kg/m2 óra, c a szilárdanyag koncentráció, u a részecskék ülepedési sebessége a rétegben, T a vonalkázott terület és At a regisztrálási időköz. E módszer alkalmazásával helyesen vesszük figyelembe azt, hogy a fenéken kialakuló, a kezdeti c0-nál nagyobb c szilárdanyag koncentrációjú réteg az ülepedés során U sebességgel vándorol felfelé az iszapban, miközben a szilárd részecskék e rétegen keresztül u sebességgé' ülepszenek. Mindkét sebesség a szilárdanyag koncentráció egyértelmű függvénye. Az ilyen módon elvileg is helyesen meghatározott fluxusadatok a Kynch-elmélet helyességét a reális hidromeallurgiai szuszpenziókra és az agyagásványok ülepedésére is igazolták. A jellegzetes sztatikus fluxusdiagram (3. ábra) M maximumponttal és I inflexiós ponttal rendelkezik. A görbe koncentrációs tartományai: 1. híg szuszpenzió; 2. közepes sűrűségű; 3. tömörödési tartomány. A 2. és 3. tartományban az ülepedő pelyhek, illetve rögök szerkezete megváltozik, a folyadék-felszabadulás itt következik be, ezért a szilárdanyag fluxust a görbe leszálló ágára határozzuk meg. A kettősfalú, temperált ülepedő csőben elhelyezett szuszpenziót időprogram szerint pásztáztuk végig lágy gammasugár kollimált vízszintes, párhuzamos 2—6 mm függőleges kiterjedésű sugárnyalábjával, és mértük a maradék intenzitást. A kapott koncentráció profilokból 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
