การขจัดน้ำออกจากน้ำดินขาวและดินเหนียวด้วยเครื่องกรองแบบเมมเบรน

คำตอบสั้น: เคโอลิน ดินบอลเคลย์ เบนโทไนต์ และสารละลายดินเหนียวอื่น ๆ จัดเป็นวัสดุที่กำจัดน้ำออกได้ยากที่สุด เพราะอนุภาคมีลักษณะแบน มีขนาดเล็กกว่าระดับไมครอน และกักเก็บน้ำไว้ระหว่างชั้นของอนุภาค เครื่องกรองแบบเมมเบรนอัดเป็นเครื่องมือมาตรฐานสำหรับผู้ผลิตเคโอลิน โดยรับสารละลายที่มีของแข็ง 25–35% จากถังตกตะกอน เปลี่ยนเป็นเค้กที่มีของแข็ง 65–75% (ความชื้นประมาณ 25–35%) ภายในรอบการทำงาน 60–120 นาที ซึ่งเครื่องอัดแบบสายพานหรือเครื่องหมุนเหวี่ยงไม่สามารถทำได้ ปัจจัยสำคัญคือผ้ากรองชนิดโมโนฟิลาเมนต์ที่มีความแน่นหนา ปั๊มป้อนที่ทำงานนุ่มนวล การอัดด้วยเมมเบรนที่แรงดัน 12–16 บาร์ และการยอมรับรอบการทำงานที่ยาวนานแทนการเร่งให้เร็วขึ้น

ทำไมดินเหนียวจึงมีพฤติกรรมแตกต่างจากแร่ธาตุอื่น

แร่เข้มข้นส่วนใหญ่แยกน้ำได้ง่าย อนุภาคมีความแข็ง ค่อนข้างกลม และมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางหลายสิบไมโครเมตร ดังนั้นเค้กที่เกิดขึ้นจึงมีโครงสร้างเปิดที่น้ำระบายออกได้ แร่ดินเหนียวตรงกันข้าม อนุภาคเคโอลิไนต์เป็นแผ่นหกเหลี่ยม โดยทั่วไปมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.2–2 μm และมีความหนาเป็นเศษส่วนของขนาดนั้น พวกมันซ้อนกันแบบหน้าชนหน้าเหมือนสำรับไพ่ กองที่ซ้อนกันกักเก็บน้ำไว้ระหว่างแผ่น และเค้กที่เกิดขึ้นมีความหนาแน่นและแทบไม่ซึมผ่าน ดินเหนียวสเมกไทต์เช่นเบนโทไนต์ยิ่งแย่กว่า เพราะน้ำเข้าไปในโครงผลึกเองและอนุภาคก็พองตัว

ผลที่ตามมาในทางปฏิบัติสองประการตามมา ประการแรก การกรองช้า: ความต้านทานจำเพาะของเค้กของดินขาวละเอียดอาจสูงกว่าทรายหรือหัวเชื้อโลหะถึงพันเท่า ประการที่สอง การบีบเชิงกลหลังจากที่เค้กก่อตัวขึ้นแล้วจะกำจัดน้ำได้มากกว่าการสูบที่ความดันสูงขึ้นมาก เพราะมันบีบอัดเค้กแทนที่จะพยายามดันน้ำผ่านสิ่งกีดขวางที่หนาขึ้นเรื่อย ๆ นั่นคือเหตุผลที่เครื่องกรองแบบเมมเบรนมีบทบาทเด่นในอุตสาหกรรม

ตำแหน่งที่เครื่องกรองแบบแผ่นตั้งอยู่ในโรงงานผลิตดินขาว

การแปรรูปเคโอลินเป็นกระบวนการเปียกตั้งแต่ในหลุมเหมืองเป็นต้นไป ดินเหนียวดิบจะถูกผสมกับน้ำและสารกระจายตัวเป็นสารละลายข้น แล้วกำจัดกรวดทรายผ่านตะแกรงและไฮโดรไซโคลน แยกขนาดอนุภาคในเครื่องหมุนเหวี่ยงหรือเครื่องแยกไฮโดร และมักฟอกขาว แยกด้วยแม่เหล็ก หรือลอยแร่เพื่อเพิ่มความสว่าง ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นที่ของแข็ง 20–40% ในตอนท้ายผลิตภัณฑ์ต้องส่งมอบเป็นสารละลายข้นของแข็ง 70% สำหรับเคลือบกระดาษ หรือเป็นก้อนแห้ง เส้น หรือผงอบแห้งแบบพ่นฝอยสำหรับเซรามิก สี ยาง และไฟเบอร์กลาส ทั้งสองเส้นทางต้องผ่านการกำจัดน้ำ

เส้นทางคลาสสิกคือ thickener → filter press → ไม่ว่าจะเป็นการกระจายตัวใหม่ (สำหรับผลิตภัณฑ์แบบสารละลาย) หรือ dryer (สำหรับผลิตภัณฑ์แบบแห้ง) filter press ทำหน้าที่หนัก: มันกำจัดน้ำส่วนใหญ่ออกทางกลไกด้วยพลังงานเพียงเสี้ยวหนึ่งของพลังงานที่การระเหยน้ำใน dryer จะต้องใช้ ทุกจุดเปอร์เซ็นต์ของความชื้นที่กำจัดออกในเครื่องอัดคือน้ำที่ dryer ไม่ต้องต้มระเหยออก และการอบแห้งด้วยความร้อนเป็นต้นทุนพลังงานที่ใหญ่ที่สุดในโรงงาน ตรรกะเดียวกันนี้ใช้ได้ใน โรงงานกระเบื้องเซรามิกโดยที่น้ำดินและน้ำเคลือบที่มีดินเหนียวสูงจะถูกทำให้แห้งก่อนที่ตะกอนจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่หรือทำให้แห้ง

ประเภทเครื่องอัดใดสำหรับดินเหนียว

สำหรับโรงงานส่วนใหญ่ของดินขาว ดินเหนียวบอล ดินขาวจีน และเบนโทไนต์นั้น เครื่องกรองแบบเมมเบรน เป็นคำตอบที่ถูกต้อง เครื่องอัดห้องเหมาะเป็นทางเลือกที่สมเหตุสมผลสำหรับเศษดินเหนียวจากโรงล้างทรายหรือโรงผลิตมวลรวม ซึ่งยอมรับเค้กที่เปียกชื้นกว่าเล็กน้อยได้ และมีทุนจำกัด ส่วนของเรา คู่มือการล้างทราย ครอบคลุมกรณีนั้น ดูเพิ่มเติมที่การเปรียบเทียบของเราเกี่ยวกับ เครื่องกรองแบบแผ่นกด vs เครื่องหมุนเหวี่ยง vs เครื่องกดแบบสายพาน.

การออกแบบแท่นพิมพ์สำหรับดินเหนียว: มีอะไรเปลี่ยนแปลงบ้าง

ป้อนของแข็งและปรับสภาพ

ป้อนเพรสจากถังข้นที่ของแข็ง 25–35% การป้อนสเลอรีเจือจางทำให้เสียเวลารอบในการเติมน้ำลงในห้องและได้เค้กที่นุ่มไม่สม่ำเสมอ โดยทั่วไปแล้วเคโอลินจะถูกทำให้กระจายตัวเพื่อการแปรรูป (ด้วยโซเดียมซิลิเกตหรือโพลีอะคริเลต) และสเลอรีที่กระจายตัวจะกรองได้ช้ากว่าสเลอรีที่จับตัวเป็นก้อนมาก โรงงานหลายแห่งเติมกรดปริมาณเล็กน้อยหรือสารช่วยจับตัวประจุบวกก่อนเข้าเพรสเล็กน้อยเพื่อสลายการกระจายตัว การทดลองกับสเลอรีของคุณเองจะพิสูจน์เรื่องนี้ได้อย่างรวดเร็ว โดยทั่วไปแล้วการปรับสภาพช่วยลดเวลารอบได้ 10–20%

ปั๊มป้อน

ดินเหนียวไม่ขัดสี ดังนั้นสิ่งที่ต้องกังวลคือการควบคุมมากกว่าการสึกหรอ ความดันการกรองต้องเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ จาก 1–2 bar ไปจนถึง 6–8 bar ในขั้นสุดท้ายเมื่อเค้กก่อตัวขึ้น ปั๊มที่เพิ่มความดันเต็มที่ภายในไม่กี่นาทีแรกจะดันอนุภาคละเอียดเข้าไปในผ้าและทำให้ผ้าตัน ปั๊ม centrifugal แบบปรับความเร็วได้ ปั๊ม progressive cavity หรือปั๊มขนาดใหญ่ ปั๊มไดอะแฟรมแบบขับเคลื่อนด้วยลม ด้วยการเพิ่มแรงดันแบบค่อยเป็นค่อยไป ทุกอย่างทำงานได้ ระยะเวลาการป้อนนานที่แรงดันต่ำเป็นเรื่องปกติสำหรับดินเหนียว อย่าถือว่าเป็นข้อผิดพลาด

ผ้า

เพลตเล็ตดินเหนียวละเอียดจะแทรกซึมและอุดตันผ้าที่มีรูเปิดภายในไม่กี่รอบการทำงาน ควรใช้ผ้าใยเดี่ยวแบบแน่นหรือผ้าผสมระหว่างใยเดี่ยวและใยหลายเส้นที่ทำจากโพลีโพรพิลีน โดยมีพื้นผิวผ่านการอัดรีด และมีค่าความซึมผ่านของอากาศอยู่ในช่วงต่ำสุด การปล่อยเค้กมักจะดีบนผ้าที่ผ่านการอัดรีด เพราะเค้กดินเหนียวที่ถูกอัดตัวจะเกาะกันเป็นเนื้อเดียว ของเรา คู่มือการเลือกผ้า อธิบายพารามิเตอร์ และบทความของเราเกี่ยวกับ การอุดตันของผ้า อธิบายสัญญาณเตือน

การบีบอัดเมมเบรน

บีบอัดที่ 12–16 บาร์ด้วยน้ำหรืออากาศเป็นเวลา 15–30 นาที ช่วงไม่กี่นาทีสุดท้ายของการบีบอัดจะไล่น้ำออกได้น้อยมาก โรงงานควรตั้งเวลาบีบอัดจากมาตรวัดการไหลของน้ำกรอง ไม่ใช่จากตัวจับเวลาแบบคงที่ เพื่อหลีกเลี่ยงการเสียเวลารอบการทำงาน เค้กkaolinจะถูกบีบอัดจนมีความชื้นสม่ำเสมอมาก ซึ่งมีคุณค่าหากเค้กถูกส่งตรงไปยังเครื่องอบแห้งหรือเครื่องอัดรีดที่ต้องการวัตถุดิบป้อนที่มีความสม่ำเสมอ

ความลึกของห้องและความหนาของเค้ก

เนื่องจากความต้านทานการกรองเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามความหนาของเค้ก เครื่องอัดดินเหนียวจึงใช้เค้กที่บางกว่าเครื่องอัดแร่: ห้องขนาด 25–32 มม. แทนที่จะเป็น 40–50 มม. แผ่นที่มากขึ้นของห้องที่บางกว่าจะให้รอบการทำงานที่สั้นกว่าสำหรับปริมาณตันต่อวันที่เท่ากันเมื่อเทียบกับห้องลึกที่น้อยกว่า

ตัวอย่างการกำหนดขนาด

โรงงานที่ผลิตเค้กกรองแห้ง 100 ตันต่อวัน ที่ของแข็ง 70% จาก underflow ของ thickener ที่ของแข็ง 30% ต้องกำจัดน้ำออกประมาณ 190 m³ ต่อวัน ที่รอบการทำงาน 90 นาที และการเดินเครื่อง 20 ชั่วโมง เครื่องอัดจะทำงานประมาณ 13 รอบต่อวัน ดังนั้นแต่ละรอบต้องผลิต 7.7 ตันแห้ง หรือเค้กเปียกประมาณ 11 ตัน ที่ความหนาแน่นเค้กประมาณ 1.75 t/m³ นั่นคือเค้ก 6.3 m³ ต่อรอบ ซึ่งเครื่องอัดแบบเมมเบรนขนาด 1500 mm × 1500 mm ที่มีห้องประมาณ 100 ห้องขนาด 30 mm สามารถบรรจุได้ การกำหนดขนาดจริงใช้ข้อมูลการทดสอบการกรองของคุณเอง ตัวอย่างนี้เพียงแสดงขนาดเท่านั้น ของเรา ราคาตามขนาดจาน ไกด์ให้ช่วงของขนาดแท่นพิมพ์ที่เกี่ยวข้อง

เบนโทไนต์และดินเหนียวที่พองตัวอื่นๆ

เบนโทไนต์ไม่ได้กรองแบบเดียวกับที่เคโอลินกรอง การพองตัวของมันทำให้แม้แต่สารละลายเจือจางก็มีความหนืด และเค้กที่มันก่อตัวขึ้นแทบจะไม่ซึมผ่านได้ ดังนั้นโรงงานเบนโทไนต์จึงแทบไม่ค่อยรีดน้ำผลิตภัณฑ์ในเครื่องกรองแบบอัดเลย พวกมันทำให้แห้งจากความชื้นในบ่อ แทนที่เครื่องกรองแบบอัดจะเจอเบนโทไนต์ก็ในสายของเสีย เช่น สารละลายจากเครื่องเจาะอุโมงค์ โคลนเจาะ และสารละลายผนังไดอะแฟรม ซึ่งเบนโทไนต์เป็นองค์ประกอบส่วนน้อยของสารละลายที่เป็นทรายและตะกอนเป็นส่วนใหญ่ นั่นเป็นหน้าที่ที่แตกต่างกับกฎที่แตกต่าง ซึ่งครอบคลุมอยู่ใน การเจาะและน้ำโคลน TBM ของเรา

อุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง

ทุกสิ่งที่กล่าวมาข้างต้นใช้ได้กับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยกับดินเหนียวสำหรับเครื่องสุขภัณฑ์, ดินขาวสำหรับพอร์ซเลน, เฟลด์สปาร์และควอตซ์ละเอียดจากแหล่งเดียวกัน, สารละลาย pigments ไทเทเนียมไดออกไซด์, สารละลายแคลเซียมคาร์บอเนตสำหรับสารเติมแต่งกระดาษ, และซิลิกาตกตะกอน ทั้งหมดเป็นผลิตภัณฑ์แร่ที่มีความละเอียด, การขัดถูต่ำ, การกรองช้า ซึ่งการบีบด้วยเมมเบรนคุ้มค่ากับพลังงานที่ประหยัดได้จากเครื่องอบแห้ง ของเรา การทำเหมืองและการแปรรูปแร่ ฮับเชื่อมโยงคู่มือที่เกี่ยวข้อง

คำถามที่พบบ่อย

เครื่องกรองแบบแผ่นอัดสามารถลดความชื้นของเค้กคาโอลินได้ถึงระดับใด

เครื่องกรองแบบเมมเบรนมักให้ของแข็ง 65–75% (ความชื้น 25–35%) สำหรับดินขาวและดินบอลเคลย์ เครื่องอัดแบบห้องธรรมดาให้ของแข็ง 55–65% โดยใช้รอบเวลานานกว่า เครื่องอัดแบบท่อแรงดันสูงมากสามารถให้ของแข็งประมาณ 80% ในปริมาณการผลิตครั้งละน้อย

ทำไมคาโอลินถึงกรองได้ช้าจัง

อนุภาคเคโอลิไนต์เป็นแผ่นแบนราบที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 2 ไมครอน ซึ่งซ้อนกันเป็นเค้กที่หนาแน่นและแทบไม่ซึมผ่าน และกักเก็บน้ำไว้ระหว่างชั้น ความต้านทานจำเพาะของเค้กอาจสูงกว่าทรายหรือหัวเชื้อโลหะถึงหนึ่งพันเท่า ดังนั้นเค้กจึงต้องถูกอัดด้วยเมมเบรนแทนที่จะเพียงแค่ปั๊มต้าน

ฉันจำเป็นต้องใช้เครื่องกรองแบบเมมเบรนสำหรับดินเหนียวหรือไม่

สำหรับผลิตภัณฑ์ kaolin, ball clay หรือ china clay ที่ขายได้ ใช่ ขั้นตอนการบีบอัดคือสิ่งที่ทำให้เค้กมีความชื้นต่ำกว่า 35% ในรอบเวลาที่เหมาะสมและประหยัดพลังงานของเครื่องอบแห้ง สำหรับดินเสียจากโรงล้างทรายหรือโรงงานผลิตมวลรวม เครื่องอัดแบบห้องมักเป็นที่ยอมรับได้แม้เค้กจะเปียกกว่า

ผ้า�ากรองชนิดใดที่ใช้สำหรับดินขาว?

ผ้าโพรพิลีนโมโนฟิลาเมนต์หรือผ้าผสมโมโน/มัลติฟิลาเมนต์ที่ผ่านการอัดรีดและมีความแน่นสูง มีความสามารถในการซึมผ่านของอากาศต่ำ ผ้าแบบเปิดจะอุดตันภายในไม่กี่รอบการทำงานเนื่องจากเกล็ดเลือดสามารถแทรกซึมเข้าไปในโครงสร้างการทอ

เครื่องหมุนเหวี่ยงหรือเครื่องอัดสายพานสามารถแทนที่เครื่องกรองแบบอัดได้หรือไม่สำหรับดินขาว

ไม่ใช่สำหรับเค้กผลิตภัณฑ์ เครื่องรีดสายพานให้ของแข็ง 35–50% และเครื่องหมุนเหวี่ยงแบบดีแคนเตอร์ให้ 40–55% และแผ่นเกล็ดละเอียดหลุดออกมากับของเหลวที่แยกออก ทั้งสองแบบใช้เฉพาะกับสายของเสียจากดินเหนียวที่ยอมรับเค้กเปียกมูลค่าต่ำได้

เบนโทไนต์แตกต่างอย่างไร

เบนโทไนต์พองตัวเมื่อสัมผัสน้ำและก่อตัวเป็นเค้กที่แทบไม่ซึมผ่าน ดังนั้นผลิตภัณฑ์เบนโทไนต์จึงถูกทำให้แห้งมากกว่าการกรอง เครื่องกรองแบบแผ่นอัดใช้จัดการเบนโทไนต์ในฐานะส่วนประกอบรองในน้ำโคลนสำหรับการเจาะ อุโมงค์ และผนังไดอะแฟรมเท่านั้น

ส่งตัวอย่างหรือรายงานการทดสอบการกรองและน้ำหนักเป็นตันมาให้เรา แล้วเราจะกำหนดขนาดเครื่องอัด ความลึกของห้อง และผ้าสำหรับมันให้ ขอข้อเสนอการรีดน้ำดินเหนียว.

เอกสารอ้างอิง: USGS Mineral Commodity Summaries 2024 — ดินเหนียว (การผลิต การใช้ประโยชน์ และการแปรรูปดินขาว ดินเหนียวบอล และเบนโทไนต์), US EPA — แนวทางปฏิบัติเกี่ยวกับน้ำทิ้งจากการทำเหมืองแร่และการแปรรูปแร่, 40 CFR Part 436 (รวมถึงหมวดหมู่ย่อยของดินขาวและดินเหนียวบอล).

บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของคู่มือของเราเกี่ยวกับ industrial filter press applications.