Szybka odpowiedź: Kaolin, glina kulista, bentonit i inne zawiesiny ilaste należą do materiałów najtrudniejszych do odwodnienia, ponieważ cząstki są płaskie, submikronowe i zatrzymują wodę między swoimi warstwami. Prasa filtracyjna membranowa jest standardowym narzędziem dla producentów kaolinu: przenosi zawiesinę o zawartości 25–35% substancji stałych z zagęszczacza do placka o zawartości 65–75% substancji stałych (około 25–35% wilgotności) w cyklu 60–120 minut, czego prasa taśmowa lub wirówka nie są w stanie osiągnąć. Kluczowe znaczenie mają: gęsta tkanina monofilamentowa, delikatna pompa zasilająca, wyciskanie membranowe przy 12–16 bar oraz zaakceptowanie długiego cyklu zamiast wymuszania go.
Dlaczego glina zachowuje się inaczej niż inne minerały
Większość koncentratów mineralnych odwadnia się łatwo: cząstki są twarde, w przybliżeniu okrągłe i mają kilkadziesiąt mikronów średnicy, więc tworzy się placek o otwartej strukturze, przez który woda spływa. Minerały ilaste są przeciwne. Cząstki kaolinitu to heksagonalne płytki, zazwyczaj o średnicy 0,2–2 μm i ułamku tej wartości grubości. Układają się jedna na drugiej jak talia kart, stosy zatrzymują wodę między płytkami, a powstający placek jest gęsty i prawie nieprzepuszczalny. Iły smektytowe, takie jak bentonit, są jeszcze gorsze, ponieważ woda wnika w samą sieć krystaliczną i cząstka pęcznieje.
Płyną z tego dwie praktyczne konsekwencje. Po pierwsze, filtracja jest powolna: opór właściwy osadu drobnego kaolinu może być tysiąc razy większy niż piasku lub koncentratu metalicznego. Po drugie, mechaniczne wyciśnięcie po utworzeniu się osadu usuwa znacznie więcej wody niż samo pompowanie pod wyższym ciśnieniem, ponieważ zagęszcza osad, zamiast próbować przepchnąć wodę przez coraz grubszą barierę. Dlatego w przemyśle dominują prasy filtracyjne membranowe.
Gdzie znajduje się prasa filtracyjna w zakładzie kaolinu
Przetwarzanie kaolinu to proces mokry od momentu wydobycia z kopalni. Surowa glina jest mieszana z wodą i środkiem dyspergującym, odpiaszczana na sitach i hydrocyklonach, klasyfikowana pod względem wielkości cząstek w wirówkach lub hydroseparatorach, a często także bielona, poddawana separacji magnetycznej lub flotacji w celu zwiększenia jasności. Wszystko to odbywa się przy zawartości ciał stałych 20–40%. Na końcu produkt musi być dostarczony albo jako zawiesina o zawartości 70% ciał stałych do powlekania papieru, albo jako sucha bryła, granulat lub proszek suszony rozpyłowo do ceramiki, farb, gumy i włókna szklanego. Obie drogi przechodzą przez etap odwadniania.
Klasyczna trasa to zagęszczacz → prasa filtracyjna → albo redyspersja (dla produktów w postaci zawiesiny), albo suszarka (dla produktów suchych). Prasa filtracyjna wykonuje główną pracę: usuwa większość wody mechanicznie przy ułamku energii, jaką kosztowałoby jej odparowanie w suszarce. Każdy punkt procentowy wilgotności usunięty w prasie to woda, której suszarka nie musi odparowywać, a suszenie termiczne jest największym kosztem energetycznym w zakładzie. Ta sama logika ma zastosowanie w zakłady płytek ceramicznych, gdzie szlam o wysokiej zawartości gliny i ścieki z glazury są odwadniane przed recyklingiem lub suszeniem osadu.
Jaki typ prasy do gliny
| Sprzęt | Ciało stałe ciasta na kaolinie (typowe) | Cykl | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Filtr prasowy komorowy wgłębny (bez membrany) | 55–65% | 2–4 godz. | Działa, ale wolno; ciasto często mokre w środku; długie podawanie przy wysokim ciśnieniu zużywa pompy i płyty |
| Prasa filtracyjna membranowa | 65–75% | 1–2 godz. | Standard branżowy; prasowanie zagęszcza placek i wyrównuje wilgotność; najkrótszy cykl przy danej wilgotności |
| Prasa taśmowa | 35–50% | Ciągły | Zbyt mokre dla produktów bryłowych lub suchych; stosowane wyłącznie do odpadów przeróbczych gliny |
| Wirówka dekantacyjna | 40–55% | Ciągły | Drobne płytki przechodzą wraz z centratem; wysokie zapotrzebowanie na polimer |
| Prasa rurowa (bardzo wysokie ciśnienie) | 75–82% | Krótkie cykle, małe partie | Najwyższa zawartość substancji stałych, ale mała przepustowość na jednostkę oraz wyższe koszty inwestycyjne i utrzymania |
Dla zdecydowanej większości zakładów przetwarzających kaolin, glinę kulistą, glinę chińską i bentonit prasa filtracyjna membranowa jest prawidłową odpowiedzią. Prasa komorowa jest rozsądnym wyborem dla odpadów gliny z myjni piasku lub zakładów kruszyw, gdzie nieco wilgotniejszy placek jest akceptowalny, a kapitał jest ograniczony; nasz przewodnik po myciu piasku obejmuje ten przypadek. Zobacz także nasze porównanie prasa filtracyjna vs wirówka vs prasa taśmowa.
Projektowanie prasy do gliny: jakie zmiany
Podawanie ciał stałych i kondycjonowanie
Zagęszczacz powinien podawać prasę przy zawartości ciał stałych 25–35%. Podawanie rozcieńczonej zawiesiny marnuje czas cyklu na wypełnianie komór wodą i daje miękki, nierówny placek. Kaolin jest zwykle dyspergowany do przetwarzania (krzemianem sodu lub poliakrylanem), a zdyspergowana zawiesina filtruje się znacznie wolniej niż skoagulowana; wiele zakładów dodaje niewielką dawkę kwasu lub kationowego flokulantu tuż przed prasą, aby zniszczyć dyspersję. Próby na własnej zawiesinie szybko to rozstrzygają: skrócenie czasu cyklu o 10–20% dzięki kondycjonowaniu jest typowe.
Pompa zasilająca
Glina nie jest ścierna, więc problemem jest kontrola, a nie zużycie. Ciśnienie filtracji musi rosnąć powoli od 1–2 bar do końcowych 6–8 bar w miarę narastania placka; pompa, która osiąga pełne ciśnienie w pierwszych minutach, wpycha drobne cząstki w tkaninę i zatyka ją. Pompa wirowa z regulacją prędkości, pompa śrubowa lub duża pompa membranowa pneumatyczna z rampą ciśnienia wszystko działa. Długie czasy podawania przy niskim ciśnieniu są normalne dla gliny; nie traktuj ich jako usterki.
Tkanina
Drobne płytki iłu wnikają i zasklepiają otwartą tkaninę w ciągu kilku cykli. Należy stosować gęstą tkaninę monofilamentową lub kombinację monofilament/multifilament z polipropylenu, z powierzchnią kalandrowaną i przepuszczalnością powietrza na dolnym końcu zakresu. Oddzielanie placka jest zwykle dobre na tkaninie kalandrowanej, ponieważ sprasowany placek iłu jest spójny. Nasz przewodnik wyboru tkanin wyjaśnia parametry, oraz nasz artykuł na temat tkanina do zasłaniania opisuje znaki ostrzegawcze.
Membranowy docisk
Wyciskać przy 12–16 bar wodą lub powietrzem przez 15–30 minut. Ostatnie kilka minut wyciskania usuwa bardzo mało wody; zakład powinien ustawić czas wyciskania na podstawie przepływomierza filtratu, a nie stałego timera, aby uniknąć marnowania czasu cyklu. Placki kaolinowe wyciskają się do bardzo jednorodnej wilgotności, co jest cenne, jeśli placek trafia bezpośrednio do suszarki lub wytłaczarki wymagającej stałego wsadu.
Głębokość komory i grubość placka
Ponieważ opór filtracji gwałtownie rośnie wraz z grubością placka, prasy do gliny stosują cieńsze placki niż prasy do minerałów: komory o grubości 25–32 mm zamiast 40–50 mm. Większa liczba płyt o cieńszej komorze daje krótszy cykl przy tej samej dziennej wydajności niż mniejsza liczba głębokich komór.
Przykład rozmiaru
Zakład produkujący 100 ton suchego placka filtracyjnego na dobę przy 70% substancji stałych z podcieku zagęszczacza o zawartości 30% substancji stałych musi usuwać około 190 m³ wody na dobę. Przy cyklu 90 minut i 20 godzinach pracy prasa wykonuje około 13 cykli na dobę, więc każdy cykl musi wytworzyć 7,7 tony suchej masy, czyli około 11 ton mokrego placka. Przy gęstości placka około 1,75 t/m³ daje to 6,3 m³ placka na cykl, co może pomieścić prasa membranowa 1500 mm × 1500 mm z około 100 komorami o grubości 30 mm. Rzeczywisty dobór wielkości opiera się na własnych danych z testów filtracji; przykład pokazuje jedynie skalę. Nasz cena według rozmiaru płytki Przewodnik podaje zakres rozmiarów pras, których to dotyczy.
Bentonit i inne pęczniejące gliny
Bentonit nie filtruje tak jak kaolin. Jego pęcznienie sprawia, że nawet rozcieńczona zawiesina staje się lepka, a placek, który tworzy, jest niemal nieprzepuszczalny. Zakłady przetwarzające bentonit rzadko więc odwadniają produkt w prasie filtracyjnej; suszą go z wilgoci złożowej. Miejscem, gdzie prasa filtracyjna spotyka bentonit, są strumienie odpadów: zawiesina z maszyn drążących tunel, płuczka wiertnicza i zawiesina ze ścian szczelinowych, gdzie bentonit jest drobnym składnikiem zawiesiny złożonej głównie z piasku i mułu. To inne zadanie z innymi zasadami, omówione w naszej wiercenie i zawiesina TBM artykuł.
Powiązane branże
Wszystko powyższe odnosi się z niewielkimi zmianami do gliny kulistej do ceramiki sanitarnej, kaolinu do porcelany, miału skaleniowego i kwarcowego z tych samych złóż, zawiesin pigmentu dwutlenku tytanu, zawiesin węglanu wapnia do wypełniania papieru oraz krzemionki strącanej. Wszystkie to drobne, mało ścierne, wolno filtrujące się produkty mineralne, w przypadku których odwadnianie membranowe zwraca się w postaci energii suszenia. Nasz górnictwo i przetwórstwo minerałów hub łączy powiązane przewodniki.
Najczęściej zadawane pytania
Jaką wilgotność ciasta może osiągnąć prasa filtracyjna na kaolinie?
Filtry membranowe zwykle osiągają 65–75% substancji stałych (25–35% wilgotności) w przypadku kaolinu i gliny kulistej. Zwykła prasa komorowa osiąga 55–65% substancji stałych przy dłuższym cyklu. Prasy rurowe bardzo wysokiego ciśnienia mogą osiągnąć około 80% substancji stałych w małych partiach.
Dlaczego kaolin filtruje się tak wolno?
Cząstki kaolinitu to płaskie płytki o średnicy poniżej 2 mikronów, które układają się w gęsty, niemal nieprzepuszczalny placek i zatrzymują wodę między warstwami. Opór właściwy placka może być tysiąc razy większy niż w przypadku piasku lub koncentratu metalicznego, dlatego placek musi być sprężany membraną, a nie tylko przepompowywany pod ciśnieniem.
Czy potrzebuję filtra membranowego do gliny?
Dla produktu handlowego z kaolinu, gliny kulistej lub gliny porcelanowej – tak: etap wyciskania jest tym, co w rozsądnym cyklu obniża wilgotność placka poniżej 35% i oszczędza energię suszarni. W przypadku gliny odpadowej z płukania piasku lub zakładów kruszywowych często akceptowalna jest prasa komorowa z wilgotniejszym plackiem.
Jaka tkanina filtracyjna jest używana do kaolinu?
Ciasna, kalandrowana tkanina z monofilamentu polipropylenowego lub kombinacji mono/multifilamentu o niskiej przepuszczalności powietrza. Otwarte tkaniny ulegają zasklepieniu w ciągu kilku cykli, ponieważ płytki krwi przenikają przez splot.
Czy wirówka lub prasa taśmowa mogą zastąpić prasę filtracyjną w przypadku kaolinu?
Nie dla placka produktowego. Prasy taśmowe osiągają 35–50% suchej masy, a dekantatory 40–55%, a drobne płytki uciekają z centratem. Oba są stosowane wyłącznie w strumieniach odpadowej gliny, gdzie mokry placek o niskiej wartości jest akceptowalny.
Czym różni się bentonit?
Bentonit pęcznieje w wodzie i tworzy prawie nieprzepuszczalny placek, dlatego produkty bentonitowe są suszone, a nie filtrowane. Prasy filtracyjne obsługują bentonit tylko jako niewielki składnik zawiesin wiertniczych, tunelowych i ścian szczelinowych.
Prześlij nam próbkę lub raport z testu filtracji oraz tonaż, a my dobierzemy odpowiednią prasę, głębokość komory i tkaninę: poproś o propozycję odwadniania gliny.
Referencje: USGS Mineral Commodity Summaries 2024 — Gliny (wydobycie, zastosowania i przetwarzanie kaolinu, gliny kulistej i bentonitu), US EPA — Wytyczne dotyczące ścieków z wydobycia i przetwarzania minerałów, 40 CFR Part 436 (obejmuje podkategorie kaolinu i gliny kulistej).
Ten artykuł jest częścią naszego przewodnika po industrial filter press applications.