簡単に答えると： カオリン、ボールクレー、ベントナイトなどの粘土スラリーは、粒子が扁平でサブミクロンサイズであり、層間に水を保持するため、最も脱水が困難な材料の一つです。メンブレンフィルタープレスはカオリン生産者にとって標準的な装置です。シックナーから供給される固形分25～35%のスラリーを、60～120分のサイクルで固形分65～75%のケーキ（水分およそ25～35%）にします。これはベルトプレスや遠心分離機では達成できません。鍵となるのは、目が詰まったモノフィラメント濾布、穏やかな供給ポンプ、12～16 barでのメンブレン圧搾、そして無理に短縮しようとせず長いサイクルを受け入れることです。
粘土が他の鉱物と異なる挙動をする理由
ほとんどの鉱物精鉱は脱水が容易である。粒子は硬く、ほぼ球形で数十ミクロンの大きさであるため、ケーキは水が排出される開放的な構造を形成する。粘土鉱物は逆である。カオリナイト粒子は六角形の薄片で、通常0.2～2μmの幅を持ち、厚さはその何分の一かである。それらはトランプの束のように面と面を重ねて積み重なり、その積み重なりが板の間に水を閉じ込め、形成されるケーキは緻密でほとんど浸透性がない。ベントナイトのようなスメクタイト粘土はさらに悪く、水が結晶格子自体に入り込み、粒子が膨潤する。
実用的な帰結が二つある。第一に、ろ過は遅い。微粒カオリンの比ケーキ抵抗は、砂や金属精鉱の千倍にもなり得る。第二に、ケーキ形成後の機械的圧搾は、単に高圧でポンプ輸送するよりもはるかに多くの水を除去する。なぜなら、ますます厚くなる障壁を通して水を押し出そうとするのではなく、ケーキを圧縮するからである。これが、メンブレンフィルタープレスが業界を支配している理由である。
カオリンプラントにおけるフィルタープレスの位置
カオリン処理は、採掘坑以降は湿式プロセスである。原粘土は水と分散剤でスラリー化され、スクリーンとハイドロサイクロンで粗粒が除去され、遠心分離機またはハイドロセパレーターで粒径別に分級され、多くの場合、白色度を高めるために漂白、磁気分離、または浮選が行われる。これらはすべて20～40%の固形分濃度で行われる。最終的に製品は、製紙用コーティング向けには70%固形分のスラリーとして、セラミックス、塗料、ゴム、ガラス繊維向けには乾燥した塊状、ヌードル状、または噴霧乾燥粉末として出荷されなければならない。どちらのルートも脱水工程を経る。
典型的なルートは、増粘剤 → フィルタープレス → 再分散（スラリー製品の場合）または乾燥機（乾燥製品の場合）です。フィルタープレスが主要な役割を担います。つまり、乾燥機で蒸発させる場合のほんのわずかなエネルギーコストで、水分の大部分を機械的に除去します。プレスで除去される水分の1パーセントポイントごとに、乾燥機が沸騰させずに済む水になります。そして、熱乾燥はプラント内で最大のエネルギーコストです。同じ論理が以下にも当てはまります セラミックタイル工場粘土質の多いボディスリップと釉薬廃水は、スラッジがリサイクルまたは乾燥される前に脱水されます。
粘土用のプレスはどのタイプですか
| 機材 | カオリン上のケーキ固形分（典型的） | サイクル | コメント |
|---|---|---|---|
| 凹版チャンバーフィルタープレス（メンブレンなし） | 55–65% | 2～4時間 | 動作するが遅い；ケーキの中心がしばしば湿っている；高圧での長時間の供給はポンプとプレートを摩耗させる |
| メンブレンフィルタープレス | 65–75% | 1～2時間 | 業界標準；スクイーズはケーキを圧縮し、水分を均一化する；所定の水分に対して最短のサイクル |
| ベルトフィルタープレス | 35–50% | コンティニュアス | 塊状または乾燥製品には湿りすぎている。廃棄粘土尾鉱にのみ使用される。 |
| デカンター遠心分離機 | 40–55% | コンティニュアス | 微細な血小板は遠心分離液とともに通過する；高分子要求量が高い |
| チューブプレス（超高圧） | 75–82% | 短サイクル、小ロット | 最高固形分だが、単位当たりの処理量が少なく、設備費と保守費が高い |
大部分のカオリン、ボールクレー、チャイナクレーおよびベントナイト工場にとって メンブレンフィルタープレス が正解です。チャンバープレスは、砂洗浄や骨材プラントから出る廃粘土に対して、やや湿ったケーキが許容され、資本が限られている場合に合理的な選択です。私たちの 砂洗ガイド そのケースをカバーしています。私たちの比較も参照してください。 フィルタープレス vs 遠心分離機 vs ベルトプレス.
粘土用プレス機の設計：何が変わるのか
給鉱固形分とコンディショニング
シックナーから固形分25～35%でプレスに供給する。希薄なスラリーを供給すると、チャンバーを水で満たすのにサイクル時間を浪費し、柔らかく不均一なケーキが生成される。カオリンは通常、処理のために分散され（ケイ酸ナトリウムまたはポリアクリレートを使用）、分散したスラリーは凝集したものよりもはるかに遅くろ過される。多くのプラントでは、プレス直前に少量の酸またはカチオン性凝集剤を添加して分散を崩壊させる。自分のスラリーでの試験でこれはすぐに解決する：コンディショニングによるサイクル時間の10～20%短縮は一般的である。
フィードポンプ
クレイは研磨性がないため、懸念されるのは摩耗ではなく制御である。濾過圧力はケーキの堆積に伴い1～2バールから最終的な6～8バールへとゆっくり上昇させる必要がある。最初の数分で全圧に達するポンプは微粒子を濾布に押し込み、目詰まりを引き起こす。可変速遠心ポンプ、一軸偏心ねじポンプ、または大型の エア駆動ダイヤフラムポンプ 圧力ランプを使用すればすべて正常に動作します。低圧での長い供給時間は粘土では普通のことです。それを故障として扱わないでください。
クロス
微細な粘土粒子は数サイクルで開いた織物に侵入し目詰まりを起こします。ポリプロピレン製のタイトなモノフィラメント、またはモノフィラメント／マルチフィラメント混織布を使用し、カレンダー加工表面とし、通気度は範囲の下限とします。カレンダー加工布では圧縮された粘土ケーキが凝集しているため、ケーキの剥離は通常良好です。当社の 布地選択ガイド パラメータについて説明し、そして私たちの記事 クロスブラインディング 警告サインについて説明しています。
メンブレンスクイーズ
12～16バールで水または空気により15～30分間スクイーズする。スクイーズの最後の数分間では、ごくわずかの水しか除去されない。サイクルタイムの無駄を避けるため、プラントは固定タイマーではなく、ろ液流量計に基づいてスクイーズ時間を設定すべきである。カオリンのケーキはスクイーズすると非常に均一な含水率になる。これは、ケーキがそのまま、安定した供給を必要とする乾燥機や押出機に送られる場合に価値がある。
チャンバー深さとケーキ厚さ
ケーキ厚さが増すとろ過抵抗が急激に上昇するため、粘土用プレスは鉱物用プレスよりも薄いケーキを使用する。チャンバーは40～50 mmではなく25～32 mmである。同じ日産トン数に対して、薄いチャンバーのプレートを多くすると、深いチャンバーを少なくするよりもサイクルが短くなる。
サイズ例
30%固形分のシックナーアンダーフローから70%固形分のフィルターケーキを1日あたり100乾燥トン生産するプラントでは、1日あたりおよそ190 m³の水を除去する必要があります。90分のサイクルと20時間の運転で、プレスは1日あたり約13サイクルを完了するため、各サイクルは7.7乾燥トン、つまり約11トンの湿潤ケーキを生産しなければなりません。ケーキ密度が約1.75 t/m³の場合、これは1サイクルあたり6.3 m³のケーキとなり、約100室、30 mmの1500 mm × 1500 mmメンブレンプレスで保持できます。実際のサイジングには独自のろ過試験データを使用します。この例は規模を示しているだけです。私たちの 皿サイズ別の価格 ガイドは、関係するプレスサイズの範囲を示しています。
ベントナイトおよびその他の膨潤性粘土
ベントナイトはカオリンとは異なる方法ではろ過されない。その膨潤性により、希薄なスラリーでさえ粘性を持ち、形成されるケーキはほとんど不透過性である。したがって、ベントナイトプラントでは、フィルタープレスで製品を脱水することはほとんどなく、ピット水分から乾燥させる。フィルタープレスがベントナイトと関わるのは、廃水流においてである：トンネルボーリングマシンのスラリー、掘削泥水、および連続地中壁のスラリーなど、ベントナイトが主に砂やシルトのスラリーの微量成分である場合である。それは異なる規則を持つ異なる業務であり、当社の 掘削およびTBMスラリー 記事
関連業界
上記のすべては、衛生陶器用のボールクレー、磁器用のチャイナクレー、同じ鉱床からの長石と石英微粉、二酸化チタン顔料スラリー、紙充填剤用炭酸カルシウムスラリー、および沈降シリカに小幅な変更を加えて当てはまる。いずれも微細で低摩耗性、ろ過が遅い鉱物製品であり、メンブレンスクイーズは乾燥機エネルギーの面で元が取れる。我々の 鉱業および鉱物処理 ハブは関連ガイドをリンクします。
よくある質問
フィルタープレスはカオリンでどの程度のケーキ含水率に達することができますか？
メンブレンフィルタープレスは通常、カオリンおよびボールクレーで65～75%の固形分（水分25～35%）に達します。プレーンチャンバープレスは、より長いサイクルで55～65%の固形分に達します。超高圧チューブプレスは、小ロットで約80%の固形分に達することができます。
カオリンはなぜろ過がそんなに遅いのですか？
カオリナイト粒子は、2ミクロン未満の平らな板状結晶で、積み重なって緻密でほとんど浸透性のないケーキを形成し、層間に水を保持します。比ケーキ抵抗は砂や金属精鉱の千倍にもなることがあるため、ケーキは単にポンプで圧送するのではなく、メンブレンで圧縮する必要があります。
粘土にはメンブレンフィルタープレスが必要ですか？
販売可能なカオリン、ボールクレイ、またはチャイナクレイ製品の場合、はい：スクイーズ工程が、妥当なサイクルでケーキを含水率35%未満にするものであり、乾燥機のエネルギーを節約します。砂洗浄や骨材プラントからの廃棄粘土の場合、より湿ったケーキのチャンバープレスがしばしば許容されます。
カオリンにはどのようなろ布が使用されますか？
目の詰まったカレンダー加工ポリプロピレンモノフィラメントまたはモノ／マルチフィラメント混紡織物で、通気度が低い。目の開いた織物は、血小板が織り目に侵入するため、数サイクルで目詰まりする。
遠心分離機やベルトプレスはカオリンのフィルタープレスに代わることができますか？
製品ケーキ向けではありません。ベルトプレスは35～50%の固形分に達し、デカンターは40～55%に達し、微細な血小板は遠心分離液とともに逃げます。どちらも、湿った低価値のケーキが許容される廃粘土流にのみ使用されます。
ベントナイトはどう違いますか？
ベントナイトは水で膨潤し、ほぼ不透水性のケーキを形成するため、ベントナイト製品はろ過ではなく乾燥される。フィルタープレスがベントナイトを扱うのは、掘削、トンネル工事、地中連続壁のスラリーの副成分としてのみである。
サンプルまたはろ過テストレポートとトン数を送ってください。それに基づいてプレス、チャンバー深さ、布のサイズを決定します。 クレイ脱水提案を依頼する.
参照： USGS Mineral Commodity Summaries 2024 — 粘土類（カオリン、ボールクレー、ベントナイトの生産、用途、処理）, US EPA — 鉱物採掘・処理排水ガイドライン、40 CFR Part 436（カオリンおよびボールクレイのサブカテゴリーを含む）.
この記事は、私たちのガイドの一部です。 産業用フィルタープレスの用途.