本发明是关于用于包括利用絮凝剂，如聚合物类，从液液中分离固体的方法和装置，更具体地讲，即从液体，例如煤加工厂的废料中分离粒度约为0～28目的的细颗粒固体。 目前，各种用于从液体中分离细颗粒固体的方法和装置都正在使用中。一种这样的方法和装置披露于F、G、Eis申请的专利号为3，523，889的美国专利。在本专利中，料浆中加入絮凝剂，然后从立管排出，它的流动受到挡板的阻止，并向外折流与贮罐中的液体相混合。在Eis的专利中，含絮凝剂的料浆是从平稳搅拌的中央部加入贮罐的。另外一种方法披露于R、C、Emmett申请的专利号为4，055，494的美国专利，该专利转让给环境技术公司。在Emmett的专利中，待分离的料浆连续加料经过若干混合区，并在每一区中加入一部分絮凝剂，利用旋转的叶轮混合。Emmett的专利没有叙述在混合区中的搅拌类型。美国犹它州地方初审法院中央分院审理Amstar公司同环境技术公司和核燃料能源公司的诉讼，1983年5月3日的判决书中的证言表明，环境技术公司寻求试验一种机械搅拌絮凝剂和料浆的装置，使之有足够的力量以形成优良的絮凝结构，但又不足以使絮凝物一旦形成就遭到破坏。在J.Clegg和D.Foley的，铀矿加工172，1980（1958），中J.Rosenbaum和J.Clemmer的“液-固分离”一文中提到：（絮凝剂等须能均匀地分散在料浆中，而不使絮凝物破坏，强烈搅拌以达到最为有效地分散絮凝剂会使脆弱的絮凝物破坏，这样便达不到它的目的”。）。在Eis和Emmett的各自方法中，通常形成奶油状絮凝物，当把它从料浆中分离出时，它往往结成又湿又粘的块。
本发明是关于利用絮凝剂，例如，一种活性聚合物的混合物，在强烈搅拌区中从液体中分离出细颗粒固体的方法和装置。按照本发明，絮凝物是不易碎的，而是十分坚固，当固体是由煤加工厂排出的0～28目的废料构成时，它们相当细，并且通常为小碎粒状，当它们从料浆中分离出时，它们形成相当干的坚固滤渣。本申请书中专门说明的一个本发明的具体装置，是专门用作煤加工厂流程的分离设备的。不言而喻，煤加工厂仅是用来说明本发明的目的，而本发明则适用于任何种类的使用絮凝剂从料浆中分离固体的方法。
在本发明的一个具体装置中，要提供一个具有至少一个工作室的容器。工作室具有一个360度的外围壁，在其底部有一进口，在其上部有一出口。在操作进行时，工作室装有体积基本恒定的固体、絮凝剂和液体。第一种液体中含有固体的料浆从进口加入工作室。絮凝剂，例如一种活性聚合物的稀混合物，加到工作室中的第一种料浆里。要提供一种在工作室中产生的搅拌力，使得料浆和絮凝剂沿进口到出口这样一种基本上连续的路径运动。基本上连续的路径由许多相邻的一般是垂直的螺旋部分和一个弧度小于360度的环形通道构成。造成沿基本连续路径运动所必需的推力，也能造成沿基本连续路径运动的第一种料浆和絮凝剂一起产生湍流。在经过基本连续路径的运动中，絮凝剂作用于第一种料浆中的固体，转变固体为絮凝物。尽管絮凝物的颗粒和形状可以变化，但用于煤加工厂的过程中所生产的絮凝物似乎相当细，形状为颗粒状。
本发明的目的是，利用絮凝剂从料浆中的液体中分离出细颗粒固体，在分离过程中，料浆和絮凝物经受湍流作用，形成了絮凝物。
本发明的另一目的是，使细颗粒固体絮凝在絮凝物中，以便进行过滤，将絮凝物从料浆中分离出时，所得到的滤饼又干又坚固，很容易从过滤设备中分离出来。
本发明的又一目的是，使料浆中的细颗粒固体絮凝在絮凝物中，以便进行过滤将絮凝物从料浆中分离出时，所得到的滤饼相当于，这样利用普通煤加工厂的辅助设备很容易将其分离出。
本发明的其它目的，优点和结构的新颖性部分地陈述于如下的描述中，它将被那些精通此项技术的人理解或者经过对本发明的实施得以理解。借助于附带的权利要求书中具体装置和组合系统的描述，可认识和把握本发明的目的和先进性。
图1为包括有本发明的煤加工厂流程的示意图;
图2为本发明的一个具体装置的立面侧视图;
图3为图2部分的顶视图;
图4为用曲线表示的不同程度的搅拌;
图5为本发明的另一个具体装置的立面侧视图;
图6为图5部分的顶视图;
图7为本发明的另一个具体装置的立面侧视图;
图8为图7部分的顶视图;
图9为本发明的另一具体装置的立面侧视图;
图10为图9部分的顶视图;
图11为用来分布絮凝剂的装置零件的截面放大图;
图12为安装在共用底座上的本发明的组成部件的立面侧视图;及
图13为图12的顶视图。
在图1中，煤加工厂的流程示意图，包括：转送矿物的输送机2和把物料倒进的设备4，在设备4中，物料分成粒径大于28目的和粒径为0～28目的物料。粒径大于28目的物料送进筛选机6，在那里用水从废料中分离出低灰分煤，废料诸如岩石，板石和高灰分废物料。随着煤浮动经过筛选机6的表面，借助比重进行分离废物沉到筛选机的底部，低灰分煤被分离出送进脱水筛8中，然后送进轨车10。通过输送机12将废料从筛选机6取走，并转送到输送机14，倾倒入废料车仓16中。
把粒径为0～28目的矿物料浆从设备4中抽出，送入浮选机20中，在那里粒径为0～28目的低灰分煤被分离出，并送进过滤设备22中。从脱水筛8抽出的水与其中所含的任何细颗粒物料也送入浮选机20中。脱过水的粒径为0～28目低灰分煤从过滤设备22转送到轨车10中。0～28目的废料沉降到浮选机20底部，然后以料浆形式转送到沉淀槽24中。增稠的0～28目的废料以料浆形式送进絮凝器26中，在那里絮凝剂加入料浆中，然后料浆经过湍流的作用，以便0～28目的废料絮凝在絮凝物中，接着送进废料过滤机28中。由絮凝过的粒径为0～28目废料构成的滤渣从过滤机取出卸落在输送粒径大于28目的的废料去废料车仓16中的输送带14上。废料从废料车仓16倾倒入长车30中，然后将其转送到废料堆32，在那里履带拖拉机34推平废料堆。废料堆的高度最初为12英寸，然后按4∶1的比例压实以密封住空气进入，以防止废料堆自燃。
在一种操作中，在安装本发明的絮凝器26之前，过滤设备28以每小时7吨的速度过滤废料。在安装絮凝器26之后，过滤设备，以每小时15～20吨的速度过滤废料。这是很重要的，因为某些情况下，如果过滤设备28不能容纳下沉淀槽沉淀下来的固体，那么废料过滤机28就得脱离生产程序单独运行。这意味着，在输送机14上就没有粗粒废料，结果粒径为0～28目的废料不能与粗粒废料混合，而只能单独地输送到废料堆，这是人们不希望的。此外，按照本发明方法过滤机上的滤渣相当干和坚固，这样它很容易地从过滤机上取走，并以较好的运动条件沉积在废料堆上。
本发明的一个具体装置在图2和图3中示出，并由具有底40和侧壁42的工作室38构成容器36。具有开口顶端46和开口底端48的圆筒44安装工作室38中，开口底端48与工作室38的底40间隔开。浆叶装置50，例如具有垂直的或倾斜的叶片，或具有成型浆叶或其它类似结构的叶轮，安装在接近并低于开口底端48。装有浆叶的装置50与由适当的装置53驱动轴连接。装有浆叶的装置50的桨叶54的设计，要使物料接近叶轮50的区域，作向下和环行方向的运动。装有浆叶的装置的转动也使圆筒44中的物料产生这样一种流动，即圆筒44中的物料的液面低于工作室38中的其它物料的液面。桨叶54叶尖直径略微大于圆筒48的内径。圆筒48的外表面带有许多挡板56。侧壁42的内表面带有挡板58，以减弱工作室38内物料的环形流动并产生如下所讨论的螺旋流动方式。
进口60位于工作室38的侧壁42的底部。含有欲从液体中分离出的固体所组成的料浆62通过进口60加入工作室38中。出口64位于工作室38的侧壁42的上部。由液体中絮凝的粒状絮凝物组成的料浆66是经出口64从工作室38中放出的。料浆62和絮凝剂的加入速度相对于料浆66的放出速度要使工作室38中的物料保持在液面68处。由于料浆62与料浆66的物性不同，工作室38中的物料体积70由许多不同类型的料浆构成。应指出的是，圆44中的料浆体积70的液面72应略低于液面68。如上所述，这是由于通过装有桨叶的装置50的转动，流体被抽进圆筒44形成的。
混合器74位于工作室38中，并放置在工作室38中的液面68和72间的上方。管子76用于将絮凝剂，例如浓度为0.5%（以重量计）的活性聚合物加到混合器74中。管子78是用于将水加入到混合器74。中流量计79用来控制所加稀释用水的量。适当的装置（未表示出）安装在混合器74内部，以使絮凝剂和稀释水形成适当的混合，使用于处理的絮凝剂的浓度低于0.05%（以重量计）。有许多管子80从混合器伸下到圆筒44的内部。管80带有喷嘴82，喷嘴接近叶轮50上面。尽管喷嘴在如图给出的最佳位置上，但是喷嘴82位于圆筒44内部的任何高度仍属于本发明的范围。进口60与出口64的相对安装位置，要使流经容器的物料的流动路径的环行部分小于360度。在本发明的一个较佳具体装置中，流动路径的环行部分约为315度。排出口安装在底40上，需要时使用。
按照本发明，容器中处理的物料以连续地螺旋方式流动，同时还以湍流的方式流动。当操作时，在容器中保持基本恒定体积的固体、絮凝剂和液体第一种由含固体的液体组成的料浆通过位于容器底部的进口加到容器中。絮凝剂，例如活性聚合物的稀释混合物加到容器中的第一种料浆中。所提供的装置要在容器中产生一种推力，以便使料浆和絮凝剂从进口到位于容器上部的出口沿基本上连续的路径运动。基本上连续的运动由许多相邻的一般为垂直的螺旋部分扩展成一弧度小于360度的环形方向构成。所产生的搅拌力要足以产生基本连续路径的第一种料浆和絮凝剂一起产生湍流。在沿基本连续的路径运动的过程中，絮凝剂作用于第一种料浆中的固体，使固体转变成絮凝物。尽管絮凝剂的粒度和形状可以变化，然而在煤加工厂中所使用的方法产生的絮凝物却似乎相当细，并具有小颗粒状。
图示于图2和图3中的本发明的具体装置中，上述基本连续流动路径是由装有桨叶装置50系统产生的，此桨叶的叶尖速度约为每分钟300～600英尺，与挡板56和58配合形成联合的螺旋和循环的路径。为了获得适当的强烈搅拌，装有桨叶的装置50的直径应为工作室38内径的30～60%。图示于图2和图3中的具体装置中，湍流和流动路径的获得可通过在内径约为30英寸容器中带有5片直径约为15英寸，速度足以产生每个桨叶的叶尖速度约为500英尺/分的桨叶来实现。圆筒44的内径约为13英寸。絮凝剂的浓度约为0.025%（以重量计）。在工作室38中的物料高度应占工作室38内径的60～85%。加入工作室中的料浆，当其通过进口60与出口64之间的约为350度的环行路径时应成为至少三种完全螺旋路径。螺旋路径包括：在圆筒44内部向下部运动以及在圆筒44和工作室的外壁间的垂直运动。絮凝剂在第一种料浆经过基本连续路径运动过程中作用于固体，使固体转变成絮凝物。由液体中含絮凝物构成的料浆经出口流出容器，然后流入过滤设备，在那里从液体中分离出絮凝物。
图4描述了通过图2和图3所示的具体装置的各种尺寸的搅拌浆的旋转所产生的不同类型的搅拌。
该图为叶轮的直径或叶轮叶尖速度与马力（用黑点处的数字表示）的标绘图。图4表明，当桨叶的叶尖速度约为300～600英尺/分时，存在湍流流动。
絮凝器的大小取决于所处理的物料量。在图2和图3中所图示的絮凝器的一个具体装置中，固体含量约为35～45%（以重量计），最好含量约为40%（以重量计）的料浆62通过进口60，以约100～240加仑/分，最好以约150加仑/分的速度加到工作室38中。由浓度为0.02～0.07%（以重量计），最好浓度0.03%（以重量计）的聚合物的混合物构成的絮凝剂，通过管80，以总速度约为25～35加仑/分，最好速度约为30加仑/分加料。料浆66通过出口以约125～275加仑/分，最好以约180加仑/分的速度排料。工作室38的内径约为30英寸，圆筒44的内径约为12英寸。叶轮50的叶尖直径约为15英寸，桨叶54与沿垂线的角度约为0度。挡板56从圆筒44以向外径向伸出约6英寸距离，共有3个即间隔120度。挡板58从侧壁42向内径向伸出约6英寸距离，共有3个，相隔120度。叶轮50的旋转速度要足以产生叶尖速度约为300～600英尺/分，最好约为500英尺/分。这样，很明显产生了生产絮凝物需要的料浆和絮凝剂的湍流。当固体是由煤油加工厂生产的0～28目废料构成固体时，絮凝物相当细，并似乎为小粒状。
本发明的另一个具体装置图示于图5和图6中，容器96由工作室98构成，具有底100，内壁102。具有开口顶端106和开口底端108的圆筒104安装在工作室98中，使开口底端108与98的底100隔开。圆筒104的内径大于1/2工作室98的内径。装置110，例如具有成型桨叶的叶轮，安装在紧靠开口底端108的位置。桨叶装置110与轴112联接，轴由适当的装置113转动。桨叶装置110的桨叶114的设计是使接近桨叶装置的物料做向下和环向运动。桨叶装置的转动也造成圆筒104中的物料的液面高度低于工作室98中的其它物料的液面高度。桨叶114的叶尖直径略大于圆筒104的内径。圆筒104的外表面装有许多挡板118来减缓工作室98中物料的旋转流动，以产生如下所述的螺旋流动方式。
进口120位于侧壁102底部紧靠工作室98的底100。含要从液体中分离出固体的料浆经进口120加入工作室98。出口124位于侧壁接近工作室98的顶部位置。由含有絮凝物的液体构成的料浆126是经出口124从工作室中排出的。料浆122和絮凝剂的加入速度相当于料浆126的排出速度以保持物料在工作室98的液面恒定。由于料浆122的物性与料浆126的物性不同，工作室98中的物料体积130包含许多不同类型的料浆。应当指出的是，圆筒104中的物料体积130的液面高度略低于液面高度128。如上所述，这是由于桨叶装置110抽吸流经圆筒104的流体所致。
混合器134安装在工作室98中，在工作室98中的液面高度128和132的上方。管子136用于将絮凝剂，例如活性聚合物的混合物，其浓度约为0.5%（以重量计）加到混合器13.4中。管子138用于将稀释水加到混合器134中。流量计139用于控制稀释用水的加入量。适当装置（未表示出）安装在混合器中，以便使絮凝剂和稀释用水适当混合，这样，用于该方法的絮凝剂的浓度低于0.5%（以重量计）。许多管子140从混合器134向下伸到圆筒104的内部。管子140安有喷嘴142，喷嘴紧靠圆筒104中的物料液面132的上部。虽然喷嘴142最好如图所示位置，但喷嘴142在圆筒104中位于任何高度，甚至浸入圆筒104中的物料中，这仍属于本发明的范围。进口120对应出口124安装，以便使物料流经容器的流动路径的环行部分小于360度。在本发明的一个具体装置中，这种流动路径的环行部分约为315度。排出口144安装在底100上，需要对使用。
本发明的图5和图6中示出的具体装置的操作方式与图2和图3中所示的具体装置的操作方式相同，其中容器中进行处理的物料以连续地螺旋和环行路径流动，同时经受湍流的作用。
在图7和图8中图示了本发明的另外一个具体装置，并由具有第一工作室158和第二工作室160的容器156构成。第一工作室158具有底162，侧壁164以及顶壁166。侧壁164的内表面168安有挡板170，并且顶壁166的底表面172安有挡板174。桨叶装置176，例如具有桨叶178与垂线成零度的叶轮，位于第一工作室158的中心部位，它与底部162的距离比顶壁166的更近。桨叶装置176固定在轴180上以便同时旋转。用常规装置（未示出）驱动旋转轴180。
进口182位于工作室158的侧壁下部。含有从液体中分离出固体颗粒的料浆通过进口182加入工作室158中。出口186位于顶壁166的中心部位。管子188穿过侧壁164上的孔190并收尾于喷嘴192，后者接近桨叶178的叶尖旋转路径，但稍有间隙。浓度约为0.5%（以重量计）的絮凝剂通过管196加到混合器194中。稀释用水通过管198加到混合器194中。流量计200控制稀释用水的量。正如下面所述，在流体中含初期固体颗粒的絮凝料浆从第一工作室158通过出口186流入第二工作室160。
第二工作室160具有由顶壁166的上表面202构成的底面、侧壁204和顶壁206。侧壁204的内表面208配有挡板210，顶壁206的下表面安有挡板214。桨叶装置216，例如具有叶片218的叶轮（与重线夹角为零度），位于第二工作室160的中心部位，它与底部202的距离比与顶部206的更近。桨叶装置216固定在轴180的延长部分上，以便同时旋转。
在液体中的含有絮凝初期中的固体颗粒的料浆224，通过进口186加到工作室160。出口226位于顶壁206的中心部位。管228穿过侧壁204上的开孔230并收尾于喷嘴232，后者接近桨叶218叶尖旋转路径，但稍有间隙。浓度约为0.5%（以重量计）的絮凝剂通过管236加到混合器234中。稀释用水通过管238加到混合器234中。流量计240控制稀释用水的量。如下所述，在液体中含絮凝物的料浆242通过出口226流出第二工作室160进入溢流井244，然后通过出口流出容器156。料浆输送到过滤装置，如废物过滤器28，在此絮凝物从液体中分离出。
在本发明的这个具体装置中，在第一和第二工作室处理的物料以连续的螺旋与环形的路径流动，但是下面将要说明，在每个工作室中的搅拌程度是不同的。当工艺过程运行时，在第一和第二工作室中，保持固体颗粒、絮凝剂和液体基本上恒定的体积。事实上，在图7和图8中说明的具体装置，每个工作室都是相当满的。
在操作中，转动轴180，桨叶装置176也随之转动。在第一工作室中，当桨叶178的运动穿过物料体积时，它对其旋转区域附近的物料产生向下的环行推力。这些推力加上挡板170和174产生的流动阻滞力，使第一工作室158中的物料体积以连续的螺旋形和环形路径流动。絮凝剂，含有活性聚合物（浓度小于0.05%重量）的稀释混合物，从喷嘴192喷入桨叶178的路径区域，并与料浆184的固体颗粒和液体相混合，以连续的螺旋形和环形路径同时流过。在以连续的螺旋形和环形路径的流动过程中，絮凝剂使料浆中的固体颗粒提前进入絮凝初始期。以足够的力转动轴180，使每个桨叶产生小于240英尺/分的叶尖速度，这只对正在处理的物质产生轻度搅拌作用。在液体中含有处于絮凝初始期的固体颗粒料浆224从第一工作室158流出进入第二工作室160。
轴180转动也带动了桨叶装置216旋转。当桨叶218通过在第二工作室158的物料体积时，它们对旋转区附近的物质产生了向下的环向推力。由于叶片218的直径实际上大于桨叶178的直径并以同样的速度旋转，所以叶片216的叶尖速度实际上大于桨叶178的叶尖速度，向下的环向力实际上也是较大的。桨叶218的叶尖速度约为500英尺/分，它使正在第二工作室160处理的物料产生湍流。含有活性聚合物（浓度小于0.05重量%）的稀混合物从喷嘴232喷射到桨叶218的路径区域并与含处于絮凝初始期的桨料混合。桨叶218产生的向下的环向推力与挡板210和214产生的流动阻力的结合，为在第二工作室160中正在加工的物质提供了一条连续的螺旋形和环形路径。经混合的絮凝剂和处于初期絮凝的固体颗粒以螺旋形和环形路径流动，在这流动中，絮凝剂作用于处在絮凝初期的固体颗粒产生絮凝物。在液体中含有絮凝物的料浆242从第二工作室流出进入溢流井244，然后通过出口孔242从容器156移入常规的过滤装置中。
在第一工作室158中使用的絮凝剂最好是阳离子型的，以促使固体颗粒转入初期絮凝。在第二工作室室160中使用的絮凝剂最好是阴离子型的，以便产生所需絮凝物。
在图2和图3中图示的本发明的一个具体装置，它是由容器236组成，具有工作室238，后者具有底部240和侧壁242。圆筒244具有开口顶端246和开口底端248，定位于工作室238中使开口底端248与工作室238的底部240留有一定间隙。桨叶装置250，例如具有竖直和倾斜桨叶的叶轮或者具有成型桨叶或其它类似结构的叶轮，位于接近且低于开口底端248。桨叶装置250与轴252相连接，后者可通过适当装置253使之转动。桨叶装置250的桨叶254设计成在叶轮250附近区域，能以向下环形方向移动物料。桨叶装置的旋转还引起圆筒244内物料的流动，达到即圆筒244内物料的液面低于在工作室238中其它物料的液面高度。桨叶254的叶尖直径略大于圆筒248的内径。圆筒248的外表面装有许多挡板256，侧壁242的内表面也装有挡板258，以减缓在工作室238中物料的环向流动，并产生螺旋的环形流动特性，这将在下面讨论。
入口260位于工作室238的侧壁242的下部。含有要从液体中分离出固体颗粒的料浆262通过入口260加到工作室238中。出口264位于工作室238的侧壁242的较上部位。在液体中含有絮凝的粒状絮凝物的料浆266通过出口264从工作室238中排出。料浆262和絮凝剂的加入速率相当于料浆266的排出速率，起了维持工作室238中物料液面268稳定的作用。由于料浆262与料浆266的物性间的差别，因而工作室中物料体积270是由许多不同类型的料浆组成。应当指出是，在圆筒244的内料浆的体积270的液面272略低于液面268。如上所述，这是由于桨叶装置110的转动诱导液体通过圆筒而造成的。
混合器274位于工作室238中并高出工作室238中的液面268和272。管子276用于絮凝剂，如活性聚合物的混合物（浓度约为0.5%重量），加到混合器274中。管子278用于加入稀释用水到混合器274中。用流量计239控制所加入稀释用水的量。在混合器274内配有适当的装置（未示出）可以使絮凝剂同水混合，以便用于本发明工艺的絮凝剂的浓度为0.02～0.07%（以重量计）。
在图11中具体地说明了分散装置，它是由盘280构成，安装在轴252上，以便同时旋转。在盘280上加工成许多喷嘴。盘280得到从混合器274来的稀释絮凝剂并通过喷嘴282把它向外喷出。盘安装在轴252上，以便当旋转时，经稀释的絮凝剂通过喷嘴282流出，并分散于从液面268流向液面272的物料流的液幕上。这样，絮凝剂广泛分散在料浆中，以便易于与其中的固体颗粒接触。絮凝剂喷出喷嘴282时有10～20磅/平方英寸的压力。
在图9～11中说明的本发明的具体装置其运行方式与图2、3、5和6中的具体装置相同，容器中正在处理物料既受到湍流作用，又以连续的螺旋和环形方式流动。应指出的是，在图9～11中的物料流动为按照顺时针方向加以标示的，而图2、3、5和6中的物料流动是逆时针的。其原因是由进出口的相应位置造成的。连续的螺旋和环形路径其环形部分小于360°。在图2、3、5和6及9～11中说明的每个具体装置，连续的螺旋形和环形路径的环形部分约为315°。
在图12和13中，示明了把液体中含固体的料浆加工成含有按照本发明的原理制成的絮凝物直至滤渣的成套装置。底座300用来支撑所要求的装置。絮凝装置302与图9～11说明的相同。在液体中含固体的料浆通过出口264排出。过滤装置304，例如peterson8′-10″×4盘式过滤器（peterson过滤器有限公司出售），装在底座300上。液体中含絮凝物的料桨通过装置306加入装置304中，并按传统方法加工处理，滤渣通过装置308排出。水环式真空泵310也安装在底座300上，用于供应过滤装置304运行所需要的真空。在底座310上还安装配置马达312，排料消音器314，滤液泵316和其它附件。底座300是20英尺长，10英尺宽，提升重量约为20400磅，这样成套装置可以易于搬运。
希望，在此描述的本发明的创造性构思可以在不同的实施方案上实现。所建立权利要求书也是想包括除先有技术所作的限制之外的各种本发明的实施方案。