ЦЕПНАЯ МЕШАЛКА

Полезная модель относится к цепным мешалкам - аппаратам, применяемым при обогащении полезных ископаемых, а также на металлургических и химических предприятиях.
Цепная мешалка предназначена для проведения процессов: 1) смешения жидкостей (разбавления, репульпации уплотненных осадков и кеков, приготовления мокрых шихт и растворных смесей) и поддержания равномерного отношения ж : т различных пульп; 2) осуществления химических процессов в присутствии значительного количества твердого вещества в пульпах: гетерогенных реакций при взвешенном состоянии твердой фазы, например, выщелачивания алюминиевого сырья и измельченных алюминатных спеков, разложения растворов (декомпозиции и карбонизации, обескремнивания растворов и др.); 3) суспендирования твердых веществ значительной плотности, взмучивания осадков и др.
Эти функции аппарат выполняет посредством того, что создаваемый цепной мешалкой поток жидкости обеспечивает тангенциальное, радиальное, осевое и смешанное течения.
Тангенциальное течение квалифицировано движением жидкости преимущественно по концентрическим окружностям, параллельным плоскости вращения мешалки. Перемешивание происходит за счет вихрей, возникающих на кромках лопасти. Эффективность перемешивания будет минимальной, если скорость вращения жидкости равна скорости вращения лопасти.
Радиальное течение характеризуется направленным движением жидкости от цепной мешалки к стенкам аппарата перпендикулярно оси вращения мешалки.
Осевое течение жидкости направлено параллельно оси вращения мешалки.
Смешанное течение жидкости характерно различным сочетаниям этих основных типов течения.
Вид потока жидкости и конструкция мешалок определяют области их применения.
к
В ряде отраслей промышленности встречаются гетерогенные системы, состоящие из различных по физическим свойствам и химическому составу фаз. Например, в составе сырой пульпы, поступающей из цепной мешалки в автоклавы на выщелачивание, наряду с диаспор-бемитовыми бокситами, перерабатываются шамозит-бемитовые бокситы. В последних содержится до 30% шамозита. Часть шамозита в процессе перемешивания разлагается на закись железа и алюмосиликат, который взаимодействует с NaOH(каустическая щелочь) оборотного раствора с образованием нерастворимого гидроалюмосиликата натрия. Другая часть шамозита переходит в сырую пульпу. При автоклавном выщелачивании сырой пульпы шамозит нацело разлагается с образованием натриевого алюмосиликата, мелкодисперсного магнетита, а также с выделением водорода в эквивалентном количестве к
содержанию двухвалентного железа. При переработке такого продукта на глинозем происходят значительные потери каустической щелочи и ощутимое увеличение выхода отвального красного шлама. Кроме того, повышенное содержание закиси железа в сырой пульпе может служить причиной внезапного повышения давления при автоклавном выщелачивании и привести к аварийной ситуации - взрыву автоклава или мешалки с вареной пульпой.
Известны конструкции цепных мешалок, имеющие цилиндрический чан с днищем и перекрытый крышкой, вертикальный вал, с закрепленной на нем лопастью и укрепленными цепями к ней волокушами. Вал приводится в движение от внешнего двигателя. При вращении вала, с закрепленной на нем мешалкой, волокуши, не соединенные жестко с лопастью и подвешенные к ней на цепях, отстают от нее на некоторый угол. При наличии на дне чана уплотнившегося осадка, волокуши волочатся по нему и взмучивают его. В этих аппаратах происходит взмучивание осадков, частичное образование нерастворимого гидроалюмосиликата натрия и поддержание равномерного отношения ж : т пульпы.
Достоинства этого типа мешалок заключаются в простоте устройства и дешевизне изготовления, эффективности перемешивания и универсальности применения. (1. Справочник металлурга по цветным металлам. Производство глинозема. А.А.Аграновский, В.И.Берх, В.А.Кавина, М.В.Левин, А.Н.Ляпунов, А.Э.Монтвид, И.Н.Муниц, В.Н.Чернин. М., Металлургия, 1970, с.320; 2. Процессы и аппараты глиноземного производства. Н.И.Еремин, А.Н.Наумчик, В.Г.Казаков. М., Металлургия, 1980. 360с.)
К недостаткам известных цепных мешалок относится то, что в них трудно получить однородную по физическим свойствам пульпу из твердого вещества и жидкости, как по сечению, так и по высоте мешалки. Это происходит потому, что они обладают низким насосным действием, т.е. имеют слабый осевой поток, не обеспечивающий достаточно полного перемешивания во всем объеме аппарата. Кроме того, они не имеют в достатке каких-либо устройств, которые могли бы влиять на состояние структурированных систем, разрушать эти структуры и продуктивно отделять нежелательную фазу системы. Специальных цепных мешалок, рассчитанных на эффективную классификацию гетерогенных систем, в настоящее время нет.
Задачей, настоящей полезной модели является повышение эффективности работы цепной мешалки при классификации гетерогенной системы, а именно, повысить осевой поток в аппарате и выделить нежелательную магнитную фракцию из структурированной системы.
Задача решается тем, что полезная модель снабжена дополнительной лопастью, установленной над основной лопастью параллельно ей и закрепленной на вертикальном валу, а на поверхности лопасти параллельно оси вала установлены стержни, выполненные из постоянных магнитов, закрепленные верхним концом к дополнительной лопасти.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре 1 показан вертикальный разрез цепной мешалки.
Цепная мешалка включает в себя: электродвигатель 1, редуктор 2, существующий бак (чан) 3, дополнительно поставленную лопасть 4, вал 5, лопасть 6, цепи 7, волокуши 8 и стержни 9, выполненные из постоянных магнитов.
Устройство работает следующим образом. К лопастям 6 и 4, укрепленным на вертикальном валу, жестко параллельно оси вала закреплены стержни 9, выполненные из постоянных магнитов. Расстояние между стержнями 9 выбирают в пределах ~ 0,05d, где d - диаметр мешалки. В процессе работы такого устройства, вследствие увеличения осевого потока, обеспечивается достаточно полное перемешивание во всем объеме аппарата. Такая мешалка способна удерживать во взвешенном состоянии частицы, скорость осаждения которых невелика. Кроме того, стержни 9 периодически локально разрушают («разрезают») структуру гетерогенной системы. По месту «разреза», под действием магнитного поля стержней 9, закись железа и шамозит выделяются на поверхности стержней 9. Происходит очистка сырой пульпы от закиси железа и шамозита. К лопасти 6 подвешены на цепях волокуши 8, которые при работе мешалки взмучивают уплотнившийся на дне аппарата осадок. При вращении эти мешалки очищают стенки и дно аппарата от налипающих загрязнений. Все это увеличивает производительность и повышает эффективность работы цепной мешалки по сравнению с известными аппаратами. В дальнейшем процессе переработки сырой пульпы, очищенной от закиси железа и шамозита, в предлагаемой цепной мешалке существенно снизятся потери щелочи и глинозема, а также увеличится производительность автоклава.
Пример.
Экспериментальная проверка заявляемого устройства проводилась на цепной мешалке, изготовленной в лабораторных условиях. Ее техническая характеристика.
1. Сырая пульпа ж : т = 1 : 1 (боксит СУБР: боксит Средний Тиман =1:1) Класс крупности: +100 меш - 1,9%; +270 меш - 19,8%;
-270 меш-78,3%.
2. Стержни выполнены из постоянных магнитов, изготовленных из неодимжелезобора.
3. Напряженность магнитного поля на поверхности стержня - 3500 Э.
4. Скорость прохождения стержня по окружности в цепной мешалке
сырой пульпы - 3,1÷7,1 об/мин.
Испытания работы лабораторной цепной мешалки сырой пульпы проводили с диаспор-бемитовыми бокситами ОАО СУБР и шамозит-бемитовыми бокситами месторождения Среднего Тимана.
Результаты 4-х часовой выдержки сырой пульпы в лабораторной цепной мешалке, оснащенной стержнями, выполненными из постоянных магнитов, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Содержание (% по массе) FeO, Аl<sub>2</sub>О<sub>3</sub>, выхода сырой пульпы и магнитного продукта в процессе выдержки продолжительностью 4 часа в цепной мешалке, оснащенной стержнями, выполненными из постоянных магнитов.
Продукт
Выход, %
Содержание, %
FeO
Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Исходная сырая пульпаМагнитный продукт после 4-х часовой выдержкиСырая пульпа после 4-х часовой выдержки
100,025,8074,20
3,7812,64 0,70
48,1740,06 50,99
В лаборатории, при имитации работы цепной мешалки, принятой за прототип, магнитная фракция остается вся в сырой пульпе, т.е. вредные для производства глинозема примеси, закись железа и минерал шамозит, остаются в сырой пульпе.
Предлагаемая конструкция обеспечивает эффективность работы цепной мешалки и классификацию гетерогенной системы, т.е. способствует повышению осевого потока, который обеспечивает достаточно полное перемешивание во всем объеме аппарата, что позволяет выделить большую часть нежелательной магнитной фракции (закись железа и шамозит) из структурированной системы. Использование такой цепной мешалки позволит существенно повысить качество сырой пульпы при переработке низкокачественного сырья.