本发明主要涉及从纸浆厂产生的残留黑液中分离所含硅石或二氧化硅的一种方法。 它还涉及采用或者实施本方法所用的系统或一套装置。
已知，可以根据众所周知的化学原理除去在黑液中所含的硅石，即降低黑液的pH值，以使硅石成为硅酸而沉淀出来。
为此，已经提出了整套的装置，包括有一些塔，使黑液在这些塔中在喷淋或雾化的状态下与烟气中所含的二氧化碳相接触，以降低所得的碳酸化黑液的pH值，并使其中的硅石沉淀，接着将其分离。
然而这些已知的整套装置特别存在有下述不利之处。黑液与二氧化碳接触产生与形成的大部分泡沫并没有被利用来产生大量的硅酸的沉淀，因此，这样的接触步骤不能最终达到对黑液所含硅石的有效分离。此外，黑液与二氧化碳的接触通常是在一个塔或甚至在几个塔内进行，以改善或完成硅石的沉淀，这种塔或这样几个塔具有相当大地尺寸，并且自然使得整套装置更复杂了，从而在很大程度上增强了费用，这是可以理解的。
因此，本发明的一个主要目的是特别要克服上述缺点，提供从黑液中分离硅石的一种方法和一个系统，使得能在更好的条件下进行硅石的沉淀与分离，并在运行和工作方面显得更简单、可靠和便宜。
为此，本发明涉及一种从纸浆厂及同类厂所产生的残留黑液中分离所含硅石的方法，该方法包括将喷淋或雾化状态的黑液与例如在烟气中所含的二氧化碳接触，以降低所得到碳酸化黑液的pH值并使其中的硅石沉淀，然后将其从黑液中分离，本发明方法的特征在于，经上述接触步骤产生的泡沫物质，在通过反应器的一段时间后，用旋风分离器或其他手段至少将其进行一次分离，以得到产生或散布有硅石晶种的液体，之后，此液体至少经过一次离心分离，以得到硅石淤泥或泥浆及清液。
正如后面所解释的那样，正是泡沫物质通过反应器，并且随后通过旋风分离作用将其分离，这种作用可使泡沫物质处于这样一种状态，即可以得到有效地产生或散布有硅石晶种的母液，而无需采用一个或几个笨重粗大的塔来使黑液与烟气进行直接接触，因为事实是，已经有人建议予先应用第三种物质加以撒播或接种晶种。
本发明的方法的另一个特征是，先将泡沫物质加以膨胀再通过旋风分离作用，达到至少是部分的分离，或是在这种分离之后，将得到的气体-泡沫物质混合物加以膨胀，也可以在分离的同时还向气体-泡沫物质中吹入附加的烟气。
本方法的另一个特征在于，离心分离后的硅石泥浆或淤泥与一股清液相混合，然后至少经过一次倾析步骤，而从这步倾析步骤得到的液体则可能再循环到离心分离步骤中。
按照本发明方法的一个实施例，上述的清液是指用离心分离步骤把先倾析后的泥浆、水及所说离心分离产生的第二部分清液所组成的混合物分离，而获得的第一部分清液流。
应该指出，将所说的泥浆、水及第二部分清液组成的混合物，先降低其pH值进行絮凝，然后再进行所说的离心分离，以便在所说的离心分离期间更容易实现硅石泥浆与清液的分离。
根据本发明方法的另一个实施例，上述澄清液包括至少一部分由第一次倾析步骤所得的液体（该次倾析的是先倾析所得泥浆的混合物），以及第二次倾析步骤所得清液（此次倾析的是水和第一次倾析步骤所得泥浆的混合物），在上述第一次和第二次倾析步骤的上游实现硅石的絮凝，因而能如前所述地实现在第二次倾析后将硅石泥浆与清液很好地分离。
本发明方法的再一个特征在于，经过上述旋风分离作用分离出来的气体-泡沫物质再一次经过旋风的、机械的或其他作用的分离器加以分离，把得到的循环液体收集到通过被称为第一次旋风分离作用分离产生的液-气混合物中去。
本发明还涉及实现或实施这样一个方法的整套装置或系统，所说方法具有上述的任何一种特征和类似情况，所说的装置或系统包括一个用于将喷淋的或雾化的黑液与烟气进行混合的系统，其特征在于，在上述系统的下游依次包括了一个使喷淋的黑液与烟气保持接触的设备;至少一台可产生液体部分与气体-泡沫物质部分的旋风分离器或其他设备，这两部分均加料给一密封空间或类似装置;以及至少一台连接于所述密封空间并将其液体部分进行离心分离的装置。
这套装置的另一特征在于，有一膨胀阀安装在连接于上述进行接触的设备与旋风分离器之间的导管上或安装在连接于旋风分离器顶部与密封空间之间的导管上，而在上述导管上可以接有供应附加烟气的管线。
这里还要指出，在上述的密封空间和离心分离装置之间可以安置一个保持室，而离心分离装置与一缓冲罐相接，后者本身与倾析器相接，倾析器则再与保持室相连。
根据此系统的一个实施例，上述倾析器通过一个连通供水的管道与离心分离装置相连接，所提离心分离器包括一清液出口管，它分为一个与前面提到的管道相连的分管，和一个与缓冲罐相连的分管，而所说的离心分离器则可能包括一个管道，用以把未澄清液返回到接纳气体-泡沫物质及液体部分的密封空间去。
根据此系统的另一个实施例，上述倾析器通过一管道与第一倾析器相接，第一倾析器又通过一供水管道与第二倾析器相接，第二倾析器接在上述管道上，而第一倾析器接在缓冲罐及清液排放管道上。
这里还要指出，上面提到的密封空间在其上部包括一个旋风分离器或适宜的机械装置，以用来分离从这个密封空间流出的泡沫物质，以及包括一条液体循环管，用来将旋风分离器与所说的密封空间连接起来。
根据本发明，此整套装置还包括一个用来将上述混合系统上游的黑液进行再加热的系统。
根据本发明，此整套装置的另一特征是，有一个对黑液流量及送入上述混合系统的烟气流量进行调节与控制的装置，这些装置还安装在分离室的上游与下游部位。
通过下述解释叙述并参考所附的示意图将会对本发明有更好的了解，它的其他目的、特征、细节及优点也将会显得更清楚。示意图仅以非限制性的实施例方式给出，并用图解说明本发明当前较佳的具体实施例。示意图包括：
-图1为整套装置的部分示意图，主要示出黑液再加热系统，喷淋黑液与烟气的混合系统、一个反应器、一个旋风分离器以及一个分离沉淀室;
-图2为对反应器-旋风分离器-沉淀室系统的另一个膨胀实施例的示意图;
-图3用图示出图1所见整套装置的后面的部分，亦即沉淀室下游的那部分;
-图4的图类似图3，只是表明整套装置后面部分可以替代的实施例。
以下要叙述的是这四张图所示整套装置的构造和运行。
根据一个典型实施例并如图1所示，将黑液（比如从纸浆生产或化学碱性浸渍处理蔗渣和稻草的加工车间第一洗涤步骤回收的黑液）沿管线1送到贮罐2。然后将贮液经泵3和管线4输送到黑液二次加热系统5，根据典型实施例，该系统是一热交换器。加到热交换器5的黑液流速由安在管线4上的测量元件6，调节器7及阀门8加以控制。
热交换器5包括一蒸汽入口管道9及一蒸气冷却水排放管10，排放管上装有一分离器、汽水阀或类似的滤水器阀门11。二次加热后的液体经管线12流出热交换器5，由连接到调节器14的元件13测量其温度，调节器控制装在蒸气管道9上的阀门15。
离开热交换器5的黑液温度在约60℃和90℃之间，它通过管线12流入喷嘴或类似装置16，以喷淋或雾化这些液体。图中所示17是压力测量部件，它与管线12相连并控制一调节器18，后者控制阀门19，以调节流入喷嘴16的液体的压力降。众所周知，这样就可以控制和调节液体的雾化程度。
二氧化碳气源无论是何种均可，比如可由含CO25%至30%（体积）的烟气组成，通过管线20、鼓风机或压气机21及管线22送至喷嘴16，在那里烟气直接与已经呈喷淋态的黑液混合在一起，在混合室23中生成稠密而均匀的泡沫物质的稳定乳化物，通过管道24排出混合室。
管线22上安装有用于测量烟道气流速的部件25，该烟道气被压缩到有效压力为约1.5和2巴之间，此部件与调节器26相连，后者也作用于安装在管道22上的阀门27以控制气体流速。
由前面叙述的部件6测得的液体流速，正如线28和29所示，会借助于比较器30间接地控制部件23内气体流速的参照点，比较器30还接收由pH计31提供的碳酸化溶液pH值的测量信息或数据。
在混合器23中的并流混合物将喷淋的液体与烟气混合，以使黑液的pH值由初始的约10.2至12降低至约9.2至10之间。应当指出，气体与液体的混合是按气/液体积比为约20至80之间，最好在40至50之间来进行的，该比值当然取决于打算降低的pH值和烟气中的CO2含量。这里还应规定，气体和液体要在有效压力为0.4至2.5巴之间，最好为0.6和1.2巴之间进行混合。
离开混合器23的其pH值约在9.2至10之间的泡沫状物，通过管线24送至反应器32，在那里停留约5至50秒，最好为20至40秒的一段时间。
反应器32包括有，例如许多串联地安装在其中的竖直元件，温度为约60℃至90℃的泡沫物质在竖直元件中交替地向上和向下移动，其运动速度可以在0.6至3米/秒之间。
这里应当指明，反应器32的尺寸及泡沫物质在这个反应器内通过的时间，与已知的工厂中采用的那些接触塔相比要减少许多。
离开反应器32的泡沫物质通过管线33，经阀门34得到膨胀，因此将有效压力降至0与0.2巴之间。图中所示35为压力测量元件或仪表，它安在反应器32上并将测得数据传送到调节器36，后者控制阀门34。
正如图1所示，在阀门34处膨胀了的泡沫物质经过管道37加到旋风分离器38中，旋风分离器将泡沫物质分离为轻的气体-泡沫物部分（具有大的气/液比），以及非常稠密的实际上全部为液体的部分（具有极小的气/液比）。
需要指出的非常重要的一点是，正是由于在旋风分离器38中分离成上述轻的和稠密的两部分，才能使硅石几乎立刻沉淀出来，这一点马上要加以解释。由于在旋风分离器38中大量液体已被分离出来，故轻的部分的气/液比是很高的。这个比值约为100至1000，导致在构成所说的轻的那部分液体内部极微细的硅石颗粒发生几乎立刻的沉淀。
旋风分离器38顶部的轻的部分经管道39送到沉淀室40的上部，而从旋风分离器38排出的稠密部分经另一管道41输送到沉淀室40的下部。
在室40内，在底部相应是重的部分，它实质上是稍带有一点气泡的黑液，在上部是轻的含有极微细的硅石颗粒的泡沫，它在室40内最终破裂，成为气体及富含硅石晶核的带有晶种的液体L。已经发现，反应器40内的碳酸化液体L经过零点-或零点几分钟的停留，即可达到硅石的完全沉淀，硅石呈极微小的球状，它可能在液体中长大或发生聚集，从而能用机械手段加以分离。
在室40顶部，轻泡沫物质可能通过管42逸出，通到一个装置中，比如通到另一旋风分离器43，它适于全部清除可能夹带的泡沫物质。气体则从旋风分离器43沿管道44逸走，而液体则沿管道45流回室40。
此处应指出，最好能在第一旋风分离器38顶部的管线39上，附加一股烟气供应，使其沿着包括鼓风机或压气机47及阀48在内的管线46加入。
在室40的底部，载有硅石结晶化起始晶核的碳酸化液体L，通过管道49、泵50及管道51输送到整套装置的后一部分，这部分由图3或图4示出，图4是说明后一部分的另一实施例的示意图。
返回参见图1，可以看出室40中的液位是由适宜的部件52测量的，并且排放的液体的流量是由调节器54调节的阀门53来控制的。
碳酸化液体的pH值用电极55加以测量，它是并联回路56，57的一部分，这个电极55将测得的pH值信号传给前面提到的pH计31，它将测得的pH值送至比较器30。后者将测得的pH值与参比值相比，如果对参比值有任何偏离，它就会根据液体流量重新计算一个来自管道20的气体流量参比点，显然，这些各种不同的操作是自动化地完成的。
在叙述图3和图4所示的整套装置的后一部分之前，应首先参看一下图2，其中与图1共有的部件采用相同的编号。
这里，控制反应器32压力的系统与图1所示的不同，图1中阀门34是安装在旋风分离器上游的管道33上的。
在图2可以清楚看到，管线33上取消了阀门，因而泡沫物质离开反应器32就直接进入旋风分离器38。只是在这个旋风分离器的上部，也就是在管道39上安有阀门34a，它会让从这个旋风分离器上部流出的气体发生膨胀。至于聚集在旋风分离器38底部的稠密的泡沫物质或液体部分则通过管线41排放，该管线上安有阀门58用于控制旋风分离器底部的液位，因为这个阀门借助于调节器60而连接到旋风分离器38上安装的液位测量部件59上。
阀门34a类似于图1中的阀34，它由调节器36驱动，后者则由安在反应器32上的测量部件35驱动。
最后应当指出，通过管线46向膨胀阀34a的下游提供压力约为0.1到0.15巴的附加烟气是有利的，可以节省鼓风机或压气机47的压缩功率。
现在参见图3，可以看到已碳酸化并已接有晶种的液体L，由室40经过管线51进入保持罐62，在其中它受到由马达64带动的搅拌器63的轻微搅拌。罐62内的硅石小球长成之后，再用泵61将液体通过管线65送至离心分离装置66。图中所示67是测定罐62液位的装置，该装置与调节器68相接，由调节器来控制泵61的转动速度。这里应当指出，并不一定需要安装罐62，这样，在本发明范围内，流出室40的液体可以直接输送到离心分离装置66。
装置66分离出含干物质约为5%至10%的轻的硅石泥浆，由管道66a流出，由此得到的清液不再含沉淀态的硅石，从管线66b排放到比如蒸发车间的贮罐中去（图中未画出）。
轻的硅石泥浆通过管线66a输送到缓冲罐69。在这个罐内，泥浆与一股清液70进行预混合，然后通过管线71经泵72送至倾析器73。一速度控制系统74与泵72相连，用来调节缓冲罐69的液位，该液位由安在此罐上的测量部件75加以测量。
在倾析器73内，泥浆自身分离出浮在表层的液体仍然含有固体，这部分液体通过管线73a循环回到保持罐62。应当指出，倾析器73装有由电动机76带动的搅拌器73b。
沉积或沉降在倾析器73底部的部分含有约5%至10%的固体物质，通过管线77从此倾析器中排走。
在上文叙述过的所有示于图3的部件在图4中均有，其中同样的部件用同一编号加以标注，主要就是保持罐62，离心分离装置66，缓冲罐69以及倾析器73。
根据图3所示的实施例，通过管道77从倾析器73流出的泥浆，经过正排量容积泵79送至管线78，泵的转速由调节器80控制，后者和测量倾析器73内部表层溶液的液位的装置81相连。管道78在点81处与供水管82及来自离心分离装置84的清液管道83相互连接。这个离心分离装置84实际上包括一清液出口管道85，它在点86处分为上述管道83及前面已提到的管段70，由管段70向缓冲罐69提供再循环清液。
生水供应管82包括阀门87和流量测定装置88。
于是来自管道78的淤泥以15-35%（体积）的比例被稀释：一方面是用相当于5-25%（体积）的生水稀释，另一方面是用清液以40-80%（体积）的比例稀释，以使混合物的pH值下降至约为8.6-8.8。
这样，在混合点81就可以发现产生了絮凝，这使得硅石淤泥更容易与清液分开。
更具体地说，将稠密的并能更快澄清或沉降的絮凝物通过管道89输送到保持罐90，然后经管道91送至离心分离装置84，后者再通过管线92将稠密的硅石淤泥排出，对该淤泥可以废弃或重新用于工业目的。
应当注意，要在用来将清液再循环到缓冲罐69的管段70上装上阀93，而管段83也如前面解释的那样，再循环部分清液，它也包括由调节回路95，96控制的阀门94。
最后，离心分离装置84可以包括一个管道97用于将未澄清的液体再循环至室40（图1），以便为所说的室内所盛的液体提供可能和附加的晶种来源。
根据图4所示的实施例，来自倾析器73的泥浆由泵79输送入管道78，由第一倾析器100和第二倾析器101进行分阶段的倾析操作。
更具体地说，泵入78的泥浆在102点与清液混合，该清液来自第二倾析器101，依次沿管道103、泵104、管道105、流量计106、阀门107及管道108再循环至102点。泥浆流78和清液流108通过管道109加到第一倾析器100，它装有由电动机100b带动的搅拌器100a。
需要指出的很重要的一点是，在102点，亦即倾析器100的上游即完成了硅石的絮凝，这有利于使泥浆与清液更容易分离。
浮在第一倾析器100中表层的液体全部通过管道110送入缓冲器69，或是象图4所示，管道110分成一路装有阀门111并与缓冲器69相连的管道110a和另一路装有阀门112的管道110b，以便将一部份清液送去复用。
在倾析器100内部分被澄清的泥浆由管道113及泵114从倾析器底部抽走，经管道115与通过管道116加入的清水混合后送往第二倾析器101。清水以固定流量由管线119提供，用装置120测定其流量，由阀门118加以调节。水路116在117点与管线115相连接。管道115中被稀释的泥浆在第二倾析器101中再一次经过倾析，该倾析器由电动机122带动搅拌器121给以轻微的搅拌。这里应当指出，在管道115中泥浆与水混合的地方意外地产生了絮凝，这对通过第二倾析器的倾析作用而进行的硅石泥浆的分离有很大的促进作用。
如前所述，倾析器101内浮在表层的清液经过管道103抽出，并与来自倾析器73的泥浆流78一起进行再循环，阀门107用来调节再循环清液的流量。被倾析器101排出的泥浆由装有泵126的管路125抽走，经管线123将硅石泥浆排出进行处理，比如加以干燥以备以后应用。
这里应补充一句，泵114和126为可变转速型泵，液位测量装置127和调节装置124与每一台这样的泵相连，以使两个倾析器100和101内的液位基本保持稳定不变。
这里应强调指出，参照图4刚刚叙述过的实施例，在第一倾析器100的上游和第二倾析器101的上游提供絮凝作用手段是有利的，由此，正如前面所述，使得硅石泥浆的分离非常容易。
因此，根据本发明，已经提供了整套装置，其中，由于旋风分离器38所起的分离作用，以及由于在离心分离或倾析步骤的上游完成的絮凝作用，使得能够以有效和廉价的方法，去分离纸浆生产中产生的残余黑液里所含的硅石。
有一点应当了解：本发明完全不受所叙述和图示的实施例的限制，它们仅以举例的方式给出。
正相反，本发明包括所有与所叙述的装置以及它们的组合在技术上的等同物，只要根据它的要点来实施的相同的内容和包括在所附权利要求书的范围之内的内容，均属于本发明。