Сепаратор и способ выделения плавкого твердого вещества из смеси с другими твердыми веществами

(51)7 03 7/00, 07 1/46, 01 25/00 КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СЕПАРАТОР И СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ПЛАВКОГО ТВЕРДОГО ВЕЩЕСТВА ИЗ СМЕСИ С ДРУГИМИ ТВЕРДЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ(57) Сепаратор для выделения плавкого твердого вещества из смеси с другими твердыми веществами имеет емкость для удерживания жидкости, контейнер, размещенный внутри емкости и выполненный по меньшей мере из сетчатого материала, через ячейки которого может проходить указанная текучая среда и может протекать расплавленное твердое вещество и не могут проходить нерасплавленные твердые вещества, и нагреватель для нагревания указанной жидкости выше точки плавления плавкого твердого вещества. В способе выделения плавкого твердого вещества из смеси с другими твердыми веществами смесь размещают в указанном контейнере сепаратора и жидкость нагревают до температуры выше указанной точки плавления указанного плавкого твердого вещества, чтобы плавкое твердое вещество вытекало через сетку из контейнера, а нерасплавленные твердые вещества не проходили через сетку. 14097 Изобретение относится к устройству и способу выделения твердого вещества, которое может быть расплавлено, из смеси с другими твердыми веществами. Более конкретно, изобретение относится к выделению элементного фосфора из содержащих фосфор шламов плавлением фосфора в шламе в сетчатом контейнере. При обработке фосфоритной руды, чтобы получить фосфор для использования при производстве удобрений, моющих средств и других продуктов,образуется большое количество непригодного шлама. Так как шлам содержит элементный фосфор, его необходимо хранить в отстойниках, чтобы предотвратить самопроизвольное возгорание фосфора на воздухе. Содержание отстойников дорого, создает юридические и экологические проблемы и приводит к потере ценного фосфора. Фосфор в отстойниках можно извлекать с использованием перемещающихся сборников - больших труб с открытым днищем. Сборники с усилием опускают в осадок в отстойнике и разбрызгивают водяной пар в осадок внутри сборника, расплавляя фосфор. Осадок откачивают из сборника и отделяют расплавленный фосфор от остальных твердых веществ гравитационным осаждением и фильтрованием. Известен способ выделения плавкого твердого вещества из смеси с другими твердыми веществами и устройство для его осуществления (патент Германии 2014613, 1970). Известный сепаратор для выделения плавкого твердого вещества из смеси с другими твердыми веществами включает в себя емкость для удерживания жидкости, контейнер, размещенный внутри емкости и, по меньшей мере, часть которого выполнена из сетчатого материала, через который может проходить указанная текучая среда и может протекать расплавленное твердое вещество и не может проходить нерасплавленный твердый материал, нагреватель для нагревания указанной жидкости выше точки плавления плавкого твердого вещества. Немецкое описание относится к процессу получения элементарной серы из серосодержащего минерала, в который введен сырой материал посредством воды под давлением и пара до температуры выше точки плавления серы. Описание имеет единственную фиг., которая показывает желоб 2, заполненный нагретой водой с температурой более, чем 114 С на уровне выше базы экранирующего барабана 22, который расположен внутри автоклава 1. Барабан 22 является горизонтальным цилиндрическим контейнером. Внутреннее давление внутри автоклава 1 поддерживается путем подвода 4 сжатого воздуха и выпускного клапана 5. Сырой материал в процессе вводится в автоклав 1 посредством механизма 10 поршня насоса и затем переводится во внутреннее пространство экранирующего барабана 6. Материал нагревается горячей водой, элементарная сера плавится и капает через сетку барабана вовнутрь желоба. Рудная порода выводится механизмом элеватора 13. Сера попадает внутрь воронкооб 2 разного основания 12 желоба 2 и затем выводится из автоклава. Однако, известное устройство и способ не применимы для веществ, которые являются экстремально реактивными, например, при использовании такой аппаратуры для выделения фосфора. Если известное устройство было бы использовано для фосфора, то это неминуемо привело бы к серьезным авариям. В соответствии с одним аспектом изобретения предлагается сепаратор для выделения плавкого твердого вещества из смеси с другими твердыми веществами, сепаратор включает в себя) емкость для удерживания жидкости) контейнер внутри емкости, выполненный, по меньшей мере, частично из сетчатого материала,через ячейки которого может проходить указанная текучая среда и может протекать расплавленное твердое вещество нерасплавленные твердые вещества не могут проходить через ячейки, контейнер по меньшей мере частично погружен в указанную жидкость, причем любые части контейнера, не погруженные в жидкость, находятся в инертной атмосфере С) нагреватель для нагревания указанной жидкости выше точки плавления плавкого твердого вещества. Предпочтительно контейнер представляет собой цилиндр. Предусмотрены средство для вращения указанного цилиндра относительно оси цилиндра,причем ось цилиндра расположена под углом а,приблизительно равным 0-5 к горизонтали, и/или винтовые лопасти на внутренней поверхности цилиндра, чтобы транспортировать нерасплавленный твердый материал вдоль указанного цилиндра при его вращении. Преимущественно средство для вращения цилиндра относительно оси приспособлено, чтобы вращать цилиндр относительно оси с частотой менее приблизительно 10 об./мин. Предпочтительно цилиндр имеет диаметр приблизительно 0,6-2,4 м и длину приблизительно 3,712 м. Предпочтительно ячейки сетчатой части увеличиваются или уменьшаются в направлении длины цилиндра и предусмотрены многочисленные емкости конической формы, в которые можно собрать расплавленные твердые вещества, протекающие через ячейки сетчатой части. Преимущественно, чтобы ячейки указанной сетки имели диаметр приблизительно 0,2-0,6 см. Изобретение также относится к способу выделения плавкого твердого вещества из смеси с другими твердыми веществами, включающему в себя) размещение указанной смеси в указанном контейнере сепаратора, как приведено выше, и) нагревание указанной жидкости до температуры выше указанной точки плавления плавкого твердого вещества, в результате чего указанное плавкое твердое вещество расплавляется и протекает через указанную сетку наружу указанного кон 14097 тейнера, а нерасплавленные твердые вещества не проходят через сетку. Предпочтительно указанное плавкое твердое вещество представляет собой элементный фосфор и указанную жидкость нагревают до температуры выше приблизительно 44,1 С. Для более полного понимания изобретения и так,чтобы другие признаки могли быть оценены, изобретение далее описывается с помощью примеров и ссылки на чертеж, где фигура - общий вид сепаратора, соответствующего изобретению. Сепаратор 1 по изобретению имеет емкость 2, в которой установлен горизонтальный цилиндрический контейнер 3, имеющий сетчатую часть 4. Емкость 2 заполнена до уровня 5 жидкостью 6, такой как вода, которую можно нагреть с помощью нагревателя 7. Ось 8 контейнера 3 расположена под регулируемым углом а к горизонтали. Контейнер 3 может вращаться относительно оси 8 средством 9, таким как электрический, гидравлический или пневматический мотор или двигатель. Шлам, осадок или другие смеси твердых веществ 10 могут поступать внутрь контейнера через входной патрубок 11. (Жесткое кольцевое приспособление, не показано, на торце контейнера 3 предотвращает материал от расплескивания). Расплавленные твердые вещества 12 вытекают через ячейки сетчатой части 4 контейнера 3 и собираются в конических емкостях 13, которые можно открывать с помощью клапанов 14. Нерасплавленные твердые вещества 15 постепенно перекатываются по контейнеру 3 и удаляются с помощью обезвоживающего шнекового транспортера 16. Один из примеров осуществления настоящего изобретения выглядит следующим образом. Спекший фосфорный шлам, хранящийся под водой в грязевом водоеме, был выведен из-под воды с использованием землечерпалки и нагнетания через 8 дюймовую трубу в виде водной смеси шнеком при производительности приблизительно 1,822 галлонов в мин. Твердые вещества 10, находящиеся на шнеке,были транспортированы вовнутрь контейнера 3 через входной патрубок 11. Контейнер 3 вращался со скоростью 4 оборота в мин. Температура воды в емкости 2 поддерживалась 60-63 С. Расплавленный фосфорный шлам протекал через отверстия 0,48 см в сетчатой части 4 контейнера 3 и собирался в конических емкостях 13. Емкости 13 периодически дренировались с помощью открывающихся клапанов 14, т. к. необходимо было восстановить расплавленный шлам. Нерасплавленные твердые вещества 15 перекатывались по контейнеру 3 и направлялись к сушилке обезвоживающим шнековым транспортером 16. Эти твердые вещества имели содержание фосфора меньше, чем 1 до попадания в сушилку и менее 25 рр после выхода из нее. Расплавленный шлам, собранный из конических емкостей 13, пропускался через ячейковую вибрирующую сетку для выделения чистых твердых веществ. Эти твердые вещества были смешаны с нерасплавленными твердыми веществами 15 и направлены в сушилку. В течение 4,7 часа действия землечерпалки было произведено 4,761 галлона расплавленного шлама и 20 тонн сухих твердых веществ. Изобретение может быть использовано для обработки любой смеси твердых веществ, содержащей по меньшей мере одно твердое вещество, которое расплавляется при более низкой температуре, чем другие твердые вещества, из которых вещество должно быть выделено (или другие твердые вещества могут не расплавляться). Примерами таких смесей являются элементный фосфор в фосфоритном шламе и углеводороды в нефтехимическом осадке. Смесь предпочтительно содержит элементный фосфор и различные высокоплавкие или тугоплавкие твердые вещества. Например, фосфор может быть в смеси с породными включениями, печным шлаком, пустой породой, песком, глиной и обломками. Вода обычно также присутствует, предохраняя фосфор от самопроизвольного возгорания. Типичная смесь из процесса получения элементного фосфора из фосфоритной руды содержит 1-40 мас. элементного фосфора. Сетчатый контейнер может иметь любую форму,подходящую для удерживания нерасплавленных твердых веществ, в то же время обеспечивая выход расплавленных твердых веществ. Предпочтительна цилиндрическая форма, так как такая форма способствует самоочищению цилиндра. Цилиндр может быть изготовлен из многочисленных плоских панелей для лучшего смешивания и облегчения ремонта. Ось цилиндра предпочтительно расположена под углом , равным приблизительно 0-5 к горизонтали, так что твердые вещества перемещаются вниз при вращении цилиндра. В варианте исполнения цилиндр может быть оборудован винтовыми лопастями, которые перемещают материал вдоль цилиндра при его вращении. Цилиндр может иметь любые размеры, но наиболее удобен для многих материалов цилиндр диаметром приблизительно 0,6-2,4 м(2-8 футов) и длиной приблизительно 3,7-12 м (1040 футов). Цилиндр может быть изготовлен из различных материалов, в том числе из алюминия и разнообразных пластиков сталь является предпочтительным материалом благодаря механической прочности и долговечности. По меньшей мере, часть контейнера выполнена сетчатой (через которую вытекает расплавленное твердое вещество), но другие части могут быть сплошными, чтобы обеспечить механическую опору или по другим причинам. Ячейки в сетчатой части должны быть достаточно большими, чтобы предотвратить частую закупорку ячеек, но и достаточно небольшими, чтобы минимизировать размер твердых частиц, которые проходят через ячейки и должны быть обработаны в расположенном ниже (по ходу потока) оборудовании. Наиболее удобный диапазон диаметра ячеек для многих типов материалов приблизительно 0,2-0,6 см(0,06-0,25 дюймов). Ячейки сетчатой части увеличиваются или уменьшаются в направлении длины цилиндра, что обеспечивает регулируемое распре 3 14097 деление расплавленного фосфора и инертных твердых веществ в различные конические емкости. Контейнер предпочтительно вращается или иным образом перемешивается, чтобы способствовать отделению расплавленных твердых веществ от нерасплавленных твердых веществ. Для уменьшения выплескивания, изнашивания и вибрации контейнер предпочтительно вращается с частотой менее 10 об./мин. Контейнер может также колебаться, но в основном это не необходимо. Контейнер по меньшей мере частично погружен в жидкость в емкости любая часть, не погруженная в жидкость, находится в инертной атмосфере для предотвращения самопроизвольного возгорания фосфора. Смесь нагревают до температуры выше точки плавления плавкого твердого вещества или твердых веществ, которые необходимо выделить, но ниже точки плавления любых твердых веществ или не выделяемых твердых веществ. Если плавкое твердое вещество представляет собой элементный фосфор,например, смесь должна быть нагрета до около 50 С, так как элементный фосфор плавится при 44,1 С. Нагревание преимущественно достигается размещением сетчатого контейнера в ванне горячей текучей среды. Хотя текучей средой может быть инертный газ, такой как диоксид углерода или азот,предпочтительна жидкость, такая как вода или органический растворитель, например, метанол или толуол. Если плавким твердым веществом является фосфор, то в качестве жидкости предпочтительна вода, так как вода - недорогой, нетоксичный материал, легкий в работе. Если использовать тяжелую жидкость, такую как насыщенный раствор соли,фосфор будет всплывать в контейнере вместо того,чтобы опускаться на дно. Смесь можно добавлять в контейнер или порциями, или непрерывно, но непрерывное добавление и удаление плавкого твердого вещества предпочтительнее, так как обработка облегчается при большей производительности и большей экономичности. Также можно нагревать смесь в одну стадию с расплавлением плавкого твердого вещества и последующим размещением смеси в сетчатом контейнере для разделения на стадии разделения, но это не предпочтительно. В настоящем описанииозначает включать в себя или состоять из иозначает включающий в себя или состоящий из. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. епаратор для выделения плавкого твердого вещества из смеси с другими твердыми веществами,включающий в себя емкость для удерживания жидкости, контейнер, размещенный внутри емкости и, 4 по меньшей мере, часть которого выполнена из сетчатого материала, через который может проходить указанная текучая среда, и может протекать расплавленное твердое вещество и не может проходить нерасплавленный твердый материал, нагреватель для нагревания указанной жидкости выше точки плавления плавкого твердого вещества, отличающийся тем, что контейнер, по меньшей мере, частично погружен в указанную жидкость, а любая часть контейнера, не погруженная в жидкость, находится в инертной атмосфере. 2. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что контейнер представляет собой цилиндр. 3. Сепаратор по п. 2, отличающийся тем, что он включает в себя средство для вращения указанного цилиндра тносительно оси цилиндра, расположенной под угломк горизонтали, равным приблизительно 0-5, и/или на внутренней стороне цилиндра предусмотрены винтовые лопасти для транспортирования нерасплавленного твердого материала вдоль указанного цилиндра при его вращении. 4. Сепаратор по п. 3, отличающийся тем, что средство для вращения цилиндра относительно его оси приспособлено для вращения цилиндра относительно оси с частотой менее 10 об/мин. 5. Сепаратор по любому из пп. 2-4, отличающийся тем, что цилиндр имеет диаметр приблизительно 0,6-2,4 м и длину приблизительно 3,7-12 м. 6. Сепаратор по любому из пп. 2-5, отличающийся тем, что ячейки сетчатой части увеличиваются или уменьшаются в направлении длины цилиндра, при этом предусмотрены многочисленные конические емкости для сбора расплавленных твердых веществ, вытекающих через ячейки сетчатой части. 7. Сепаратор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что ячейки указанной сетки имеют диаметр приблизительно 0,2-0,6 см. 8. Способ выделения плавкого твердого вещества из смеси с другими твердыми веществами, предусматривающий размещение указанной смеси в указанном контейнере сепаратора и нагревание указанной жидкости до температуры выше указанной точки плавления указанного плавкого твердого вещества для плавления указанного плавкого твердого вещества и его вытекания через указанную сетку из указанного контейнера, при этом нерасплавленные твердые вещества не проходят через сетку, отличающийся тем, что сепаратор с указанным контейнером выполнен в соответствии с любым из пп. 1-7. 9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что указанное твердое вещество представляет собой элементный фосфор, а указанную жидкость нагревают до температуры выше 44,1 С.