Краткий ответ: Каолин, шамотная глина, бентонит и другие глинистые суспензии относятся к числу наиболее трудно обезвоживаемых материалов, поскольку их частицы плоские, субмикронные и удерживают воду между своими слоями. Мембранный фильтр-пресс является стандартным оборудованием для производителей каолина: он превращает суспензию с содержанием твёрдых веществ 25–35% из сгустителя в кек с содержанием твёрдых веществ 65–75% (примерно 25–35% влажности) за цикл продолжительностью 60–120 минут, чего не могут достичь ленточный пресс или центрифуга. Ключевыми факторами являются плотная ткань из монофиламента, щадящий подающий насос, отжим мембраной при давлении 12–16 бар и принятие длительного цикла вместо его форсирования.
Почему глина ведет себя иначе, чем другие минералы
Большинство минеральных концентратов обезвоживаются легко: частицы твёрдые, примерно округлые и размером в несколько десятков микрон, поэтому образуется кек с открытой структурой, через которую стекает вода. Глинистые минералы — противоположность этому. Частицы каолинита представляют собой гексагональные пластинки, обычно размером 0,2–2 мкм в поперечнике и в несколько раз меньше по толщине. Они складываются лицом к лицу, как колода карт, стопки удерживают воду между пластинками, и образующийся кек плотный и почти непроницаемый. Смектитовые глины, такие как бентонит, ещё хуже, потому что вода проникает в саму кристаллическую решётку, и частица набухает.
Отсюда следуют два практических вывода. Во-первых, фильтрация идёт медленно: удельное сопротивление осадка тонкого каолина может быть в тысячу раз выше, чем у песка или металлического концентрата. Во-вторых, механический отжим после формирования осадка удаляет гораздо больше воды, чем простое нагнетание при более высоком давлении, поскольку он сжимает осадок, а не пытается протолкнуть воду через всё утолщающийся барьер. Именно поэтому мембранный фильтр-пресс доминирует в отрасли.
Где расположен фильтр-пресс на заводе по переработке каолина
Переработка каолина с момента выемки из карьера представляет собой мокрый процесс. Сырую глину смешивают с водой и диспергатором, удаляют крупные примеси с помощью сит и гидроциклонов, классифицируют по размеру частиц в центрифугах или гидросепараторах, а также часто отбеливают, подвергают магнитной сепарации или флотации для повышения белизны. Всё это происходит при содержании твёрдых веществ 20–40%. В конце продукт должен быть поставлен либо в виде суспензии с содержанием твёрдых веществ 70% для покрытия бумаги, либо в виде сухих комков, гранул или распылённого порошка для керамики, красок, резины и стекловолокна. Оба маршрута проходят через обезвоживание.
Классический маршрут: сгуститель → фильтр-пресс → либо повторное диспергирование (для суспензионных продуктов), либо сушилка (для сухих продуктов). Основную работу выполняет фильтр-пресс: он механически удаляет основную часть воды при затратах энергии, составляющих лишь долю от той, которая потребовалась бы для её испарения в сушилке. Каждый процентный пункт влажности, удалённый в прессе, — это вода, которую сушилке не нужно выпаривать, а термическая сушка — самая крупная статья энергозатрат на предприятии. Та же логика применима и в заводы керамической плитки, где богатый глиной шликер и сточные воды глазури обезвоживаются перед тем, как шлам перерабатывается или высушивается.
Какой тип пресса для глины
| Оборудование | Твёрдые частицы кейка на каолине (типично) | Цикл | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Камepный фильтр-пресс с углубленными плитами (без мембран) | 55–65% | 2–4 ч | Работает, но медленно; кек часто влажный в центре; длительная подача при высоком давлении изнашивает насосы и плиты |
| Мембранный фильтр-пресс | 65–75% | 1–2 ч | Отраслевой стандарт; отжим сжимает кек и выравнивает влажность; самый короткий цикл при заданной влажности |
| Ленточный фильтр-пресс | 35–50% | Непрерывный | Слишком влажный для кусковых или сухих продуктов; используется только для отходов глинистых хвостов |
| Декантерная центрифуга | 40–55% | Непрерывный | Тонкие тромбоциты проходят с центрифугатом; высокая потребность в полимере |
| Трубный пресс (очень высокое давление) | 75–82% | Короткие циклы, малые партии | Максимальное содержание твёрдых веществ, но небольшая производительность на единицу оборудования и более высокие капитальные и эксплуатационные затраты |
Для подавляющего большинства заводов по переработке каолина, шамотной глины, фарфоровой глины и бентонита мембранный фильтр-пресс является правильным ответом. Камерный фильтр-пресс — разумный выбор для отходов глины от промывки песка или на агрегатных заводах, где допустим немного более влажный кек и ограничен капитал; наш руководство по промывке песка охватывает этот случай. См. также наше сравнение Фильтр-пресс против центрифуги против ленточного пресса.
Проектирование пресса для глины: какие изменения
Подача твёрдых веществ и кондиционирование
Питание фильтр-пресса из сгустителя при содержании твёрдых веществ 25–35%. Подача разбавленной пульпы тратит время цикла на заполнение камер водой и даёт мягкий, неравномерный кек. Каолин обычно диспергируют для обработки (с силикатом натрия или полиакрилатом), а диспергированная пульпа фильтруется гораздо медленнее, чем флокулированная; многие заводы добавляют небольшую дозу кислоты или катионного флокулянта непосредственно перед фильтр-прессом, чтобы разрушить дисперсию. Испытания на вашей собственной пульпе быстро решают этот вопрос: сокращение времени цикла на 10–20% за счёт кондиционирования — обычное дело.
Питательный насос
Глина не абразивна, поэтому проблема заключается в контроле, а не в износе. Давление фильтрации должно медленно расти с 1–2 бар до конечных 6–8 бар по мере накопления осадка; насос, который выходит на полное давление в первые минуты, вбивает мелкие частицы в ткань и забивает её. Центробежный насос с регулируемой скоростью, винтовой насос объёмного действия или большой пневматическим диафрагменным насосом С нарастанием давления всё работает. Длительное время подачи при низком давлении нормально для глины; не считайте это неисправностью.
Ткань
Тонкие глинистые пластинки проникают и забивают открытую ткань в течение нескольких циклов. Используйте плотную монофиламентную ткань или комбинацию монофиламентной и мультифиламентной ткани из полипропилена с каландрированной поверхностью и воздухопроницаемостью на нижнем пределе диапазона. Отделение кека обычно хорошее на каландрированной ткани, поскольку спрессованный глинистый кек является связным. Наш руководство по выбору ткани объясняет параметры, а наша статья о засорение ткани описывает предупреждающие знаки.
Отжим мембраны
Отжим при 12–16 бар водой или воздухом в течение 15–30 минут. Последние несколько минут отжима удаляют очень мало воды; на установке следует задавать время отжима по расходомеру фильтрата, а не по фиксированному таймеру, чтобы избежать потери времени цикла. Каолиновые кеки отжимаются до очень однородной влажности, что ценно, если кек направляется непосредственно в сушилку или экструдер, требующий постоянной подачи.
Глубина камеры и толщина кека
Поскольку сопротивление фильтрации резко возрастает с увеличением толщины кека, на глиняных прессах используют более тонкие кеки, чем на минеральных прессах: камеры 25–32 мм вместо 40–50 мм. Большее число плит с более тонкой камерой обеспечивает более короткий цикл при той же суточной производительности, чем меньшее число глубоких камер.
Пример размеров
Завод, производящий 100 сухих тонн в день кека фильтр-пресса при 70% сухого вещества из сгустителя с нижним сливом 30% сухого вещества, должен удалять примерно 190 м³ воды в день. При 90-минутном цикле и 20 часах работы пресс совершает около 13 циклов в день, поэтому каждый цикл должен производить 7,7 сухих тонн, или около 11 тонн влажного кека. При плотности кека около 1,75 т/м³ это составляет 6,3 м³ кека за цикл, что может вместить мембранный пресс 1500 мм × 1500 мм с примерно 100 камерами по 30 мм. Реальный подбор размера использует ваши собственные данные испытаний фильтрации; пример лишь показывает масштаб. Наш цена в зависимости от размера тарелки Руководство приводит диапазон используемых размеров прессов.
Бентонит и другие набухающие глины
Бентонит не фильтруется так, как каолин. Его набухание делает вязкой даже разбавленную суспензию, а образующийся кек почти непроницаем. Поэтому заводы по переработке бентонита редко обезвоживают продукт в фильтр-прессе; они сушат его от влажности, с которой он поступает из карьера. Фильтр-пресс применяется к бентониту в потоках отходов: суспензия тоннелепроходческих машин, буровой раствор и суспензия для траншейных стен, где бентонит является незначительным компонентом суспензии, состоящей в основном из песка и ила. Это другая задача с другими правилами, описанными в нашем Буровой раствор и раствор для TBM статья.
Связанные отрасли
Всё вышесказанное применимо с небольшими изменениями к глине для санитарно-технических изделий, каолину для фарфора, полевошпатовым и кварцевым мелким фракциям из тех же месторождений, суспензиям пигмента диоксида титана, суспензиям карбоната кальция для наполнителя бумаги и осаждённому кремнезёму. Все они являются тонкими, низкоабразивными, медленно фильтрующимися минеральными продуктами, где мембранный отжим окупается за счёт энергии сушки. Наш горнодобывающая промышленность и переработка минерального сырья хаб связывает соответствующие руководства.
Часто задаваемые вопросы
Какой влажности кека можно достичь на фильтр-прессе при обработке каолина?
Мембранный фильтр-пресс обычно достигает 65–75% сухого вещества (25–35% влажности) на каолине и шамотной глине. Обычный камерный пресс достигает 55–65% сухого вещества при более длительном цикле. Трубчатые прессы сверхвысокого давления могут достигать около 80% сухого вещества в небольших партиях.
Почему каолин так медленно фильтруется?
Частицы каолинита представляют собой плоские пластинки размером менее 2 микрон, которые складываются в плотный, почти непроницаемый кек и удерживают воду между слоями. Удельное сопротивление кека может быть в тысячу раз выше, чем у песка или металлического концентрата, поэтому кек необходимо сжимать мембраной, а не просто подавать насосом против него.
Нужен ли мне мембранный фильтр-пресс для глины?
Для товарного продукта из каолина, шамотной глины или фарфоровой глины — да: именно этап отжима позволяет получить кек с влажностью ниже 35% за разумный цикл и экономит энергию сушилки. Для отходной глины от промывки песка или установок по производству заполнителей часто приемлем камерный фильтр-пресс с более влажным кеком.
Какая фильтровальная ткань используется для каолина?
Плотная каландрированная ткань из полипропиленового монофиламента или комбинации моно/мультифиламента с низкой воздухопроницаемостью. Открытые ткани забиваются в течение нескольких циклов, поскольку тромбоциты проникают в переплетение.
Может ли центрифуга или ленточный пресс заменить фильтр-пресс для каолина?
Не для продуктового кека. Ленточные прессы достигают 35–50% сухих веществ, а декантеры — 40–55%, при этом мелкие пластинки уходят с центрифугатом. И те, и другие применяются только на потоках отработанной глины, где допустим влажный кек низкой ценности.
Чем отличается бентонит?
Бентонит набухает в воде и образует почти непроницаемый кек, поэтому бентонитовые продукты сушат, а не фильтруют. Фильтр-прессы используются для бентонита только как для незначительного компонента буровых растворов, растворов для проходки туннелей и траншейных стен.
Пришлите нам образец или отчёт об испытании фильтрации и тоннаж, и мы подберём размер пресса, глубину камеры и ткань для него: запросить предложение по обезвоживанию глины.
Ссылки: USGS Mineral Commodity Summaries 2024 — Глины (производство, использование и переработка каолина, шамотной глины и бентонита), Агентство по охране окружающей среды США — Руководящие принципы по сточным водам для добычи и переработки минерального сырья, 40 CFR Part 436 (включает подкатегории каолина и шаровой глины).
Эта статья является частью нашего руководства по industrial filter press applications.