Trả lời nhanh: Kaolin, đất sét dẻo, bentonite và các loại huyền phù đất sét khác nằm trong số những vật liệu khó khử nước nhất vì các hạt của chúng phẳng, có kích thước dưới micron và giữ nước giữa các lớp. Máy ép lọc màng là công cụ tiêu chuẩn cho các nhà sản xuất kaolin: nó đưa huyền phù có 25–35% chất rắn từ bể lắng cô đặc thành bánh lọc có 65–75% chất rắn (tương đương độ ẩm 25–35%) trong một chu kỳ 60–120 phút, điều mà máy ép băng tải hoặc máy ly tâm không thể đạt được. Các yếu tố then chốt là vải lọc sợi đơn khít, bơm cấp liệu nhẹ nhàng, ép màng ở áp suất 12–16 bar, và chấp nhận chu kỳ dài thay vì ép cưỡng bức.
Tại sao đất sét lại có những đặc tính khác biệt so với các khoáng vật khác
Hầu hết các tinh quặng khoáng sản đều dễ khử nước: các hạt cứng, gần tròn và có kích thước vài chục micron, nên bánh lọc hình thành cấu trúc mở giúp nước thoát ra. Khoáng sét thì ngược lại. Các hạt kaolinit là những phiến lục giác, thường có kích thước 0,2–2 μm và độ dày chỉ bằng một phần nhỏ kích thước đó. Chúng xếp chồng mặt đối mặt như một bộ bài, các chồng này giữ nước giữa các phiến, và bánh lọc hình thành dày đặc và gần như không thấm nước. Sét smectit như bentonit còn tệ hơn, vì nước xâm nhập vào chính mạng tinh thể và hạt bị trương nở.
Hai hệ quả thực tiễn kéo theo. Thứ nhất, quá trình lọc diễn ra chậm: trở lực riêng của bánh lọc đối với cao lanh mịn có thể cao gấp nghìn lần so với cát hoặc tinh quặng kim loại. Thứ hai, việc ép cơ học sau khi bánh lọc đã hình thành loại bỏ nước nhiều hơn hẳn so với việc chỉ bơm ở áp suất cao hơn, bởi vì nó nén bánh lọc thay vì cố đẩy nước qua một rào cản ngày càng dày. Đó là lý do tại sao máy ép lọc màng chiếm ưu thế trong ngành.
Vị trí của máy ép khung bản trong nhà máy cao lanh
Chế biến cao lanh là một quá trình ướt bắt đầu từ hố khai thác. Đất sét thô được tạo huyền phù với nước và chất phân tán, loại bỏ sạn qua sàng và thủy xiclôn, phân loại theo kích thước hạt trong máy ly tâm hoặc máy phân ly thủy lực, và thường được tẩy trắng, tách từ tính hoặc tuyển nổi để tăng độ sáng. Tất cả những điều này diễn ra ở nồng độ chất rắn 20–40%. Cuối cùng, sản phẩm phải được cung cấp dưới dạng huyền phù 70% chất rắn để tráng giấy, hoặc dạng cục khô, dạng sợi hoặc bột sấy phun cho gốm sứ, sơn, cao su và sợi thủy tinh. Cả hai con đường đều phải qua công đoạn khử nước.
Lộ trình cổ điển là chất làm đặc → máy ép lọc → hoặc tái phân tán (đối với sản phẩm dạng bùn) hoặc máy sấy (đối với sản phẩm khô). Máy ép lọc đảm nhận phần việc nặng nhọc: nó loại bỏ phần lớn nước bằng phương pháp cơ học với chi phí năng lượng chỉ bằng một phần nhỏ so với việc làm bay hơi nước trong máy sấy. Mỗi điểm phần trăm độ ẩm được loại bỏ trong máy ép là lượng nước mà máy sấy không phải đun bay hơi, và sấy nhiệt là chi phí năng lượng lớn nhất trong nhà máy. Logic tương tự cũng áp dụng trong các nhà máy gạch men, nơi bùn đất sét giàu và nước thải men được khử nước trước khi bùn được tái chế hoặc sấy khô.
Loại máy ép nào cho đất sét
| Thiết bị | Chất rắn bánh trên cao lanh (điển hình) | Chu kỳ | Nhận xét |
|---|---|---|---|
| Máy ép bùn buồng lõm (không có màng) | 55–65% | 2–4 giờ | Hoạt động được nhưng chậm; bánh thường bị ướt ở giữa; việc cấp liệu lâu ở áp suất cao làm mòn bơm và tấm ép |
| Máy ép lọc màng | 65–75% | 1–2 giờ | Tiêu chuẩn công nghiệp; ép nén bánh và cân bằng độ ẩm; chu kỳ ngắn nhất cho độ ẩm nhất định |
| Máy ép lọc đai | 35–50% | Liên tục | Quá ướt đối với sản phẩm dạng cục hoặc dạng khô; chỉ dùng cho đuôi quặng sét thải |
| Máy ly tâm decanter | 40–55% | Liên tục | Tiểu cầu mịn đi qua cùng với dịch ly tâm; nhu cầu polymer cao |
| Máy ép ống (áp suất rất cao) | 75–82% | Chu kỳ ngắn, lô nhỏ | Độ rắn cao nhất, nhưng thông lượng nhỏ trên mỗi đơn vị và chi phí vốn và bảo trì cao hơn |
Đối với phần lớn các nhà máy kaolin, đất sét bi, đất sét Trung Quốc và bentonite, máy ép màng lọc là câu trả lời đúng. Máy ép buồng là lựa chọn hợp lý cho đất sét thải từ các nhà máy rửa cát hoặc tổng hợp, nơi chấp nhận bánh lọc hơi ướt và vốn đầu tư hạn chế; của chúng tôi hướng dẫn rửa cát bao gồm trường hợp đó. Xem thêm so sánh của chúng tôi về máy ép khung bản vs máy ly tâm vs máy ép băng tải.
Thiết kế máy ép cho đất sét: những thay đổi nào
Nạp chất rắn và điều hòa
Cấp liệu cho máy ép từ bể cô đặc ở nồng độ chất rắn 25–35%. Cấp bùn loãng sẽ lãng phí thời gian chu kỳ để làm đầy các khoang bằng nước và tạo ra bánh lọc mềm, không đều. Cao lanh thường được phân tán để chế biến (bằng natri silicat hoặc polyacrylat), và bùn phân tán lọc chậm hơn nhiều so với bùn đã keo tụ; nhiều nhà máy thêm một liều nhỏ axit hoặc chất keo tụ cation ngay trước máy ép để phá vỡ trạng thái phân tán. Các thử nghiệm trên chính bùn của bạn sẽ nhanh chóng giải quyết vấn đề này: thường giảm được 10–20% thời gian chu kỳ nhờ xử lý điều hòa.
Bơm cấp liệu
Đất sét không có tính mài mòn, vì vậy mối quan tâm là kiểm soát chứ không phải hao mòn. Áp suất lọc phải tăng từ từ từ 1–2 bar đến 6–8 bar cuối cùng khi bánh lọc tích tụ; một máy bơm đạt áp suất tối đa trong vài phút đầu sẽ đẩy các hạt mịn vào vải lọc và làm bít nó. Một máy bơm ly tâm biến tốc, một máy bơm trục vít tiến hoặc một Bơm màng khí nén Với một dốc áp suất, mọi thứ đều hoạt động. Thời gian nạp liệu dài ở áp suất thấp là bình thường đối với đất sét; đừng coi đó là lỗi.
Vải
Các phiến sét mịn thâm nhập và làm bít kín vải lọc hở chỉ trong vài chu kỳ. Sử dụng vải lọc monofilament chặt hoặc kết hợp monofilament/multifilament bằng polypropylene, với bề mặt được cán láng, và độ thấm khí ở mức thấp của dải. Việc tháo bánh lọc thường tốt trên vải được cán láng vì bánh sét nén chặt có tính liên kết. Của chúng tôi hướng dẫn chọn vải giải thích các tham số, và bài viết của chúng tôi về tắc nghẽn vải lọc mô tả các dấu hiệu cảnh báo.
Ép màng
Ép ở áp suất 12–16 bar bằng nước hoặc khí trong 15–30 phút. Vài phút cuối của quá trình ép loại bỏ rất ít nước; nhà máy nên đặt thời gian ép dựa trên lưu lượng kế dịch lọc, không dựa trên bộ hẹn giờ cố định, để tránh lãng phí thời gian chu kỳ. Bánh kaolin sau khi ép có độ ẩm rất đồng đều, điều này rất có giá trị nếu bánh được đưa thẳng đến máy sấy hoặc máy đùn cần nguyên liệu đầu vào ổn định.
Độ sâu buồng và độ dày bánh
Vì trở lực lọc tăng mạnh theo độ dày bánh lọc, máy ép đất sét sử dụng bánh lọc mỏng hơn so với máy ép khoáng sản: khoang 25–32 mm thay vì 40–50 mm. Nhiều bản hơn với khoang mỏng hơn cho chu kỳ ngắn hơn với cùng sản lượng hàng ngày so với ít khoang sâu hơn.
Ví dụ về kích cỡ
Một nhà máy sản xuất 100 tấn khô mỗi ngày bánh lọc ở 70% chất rắn từ dòng dưới của bể làm đặc 30% chất rắn phải loại bỏ khoảng 190 m³ nước mỗi ngày. Với chu kỳ 90 phút và 20 giờ vận hành, máy ép hoàn thành khoảng 13 chu kỳ mỗi ngày, vì vậy mỗi chu kỳ phải sản xuất 7,7 tấn khô, tương đương khoảng 11 tấn bánh ướt. Với mật độ bánh khoảng 1,75 t/m³, đó là 6,3 m³ bánh mỗi chu kỳ, mà một máy ép màng 1500 mm × 1500 mm với khoảng 100 buồng 30 mm có thể chứa được. Việc tính toán kích thước thực tế sử dụng dữ liệu thử nghiệm lọc của riêng bạn; ví dụ chỉ cho thấy quy mô. Của chúng tôi giá theo kích thước đĩa Hướng dẫn cung cấp phạm vi kích cỡ máy ép liên quan.
Bentonit và các loại đất sét trương nở khác
Bentonit không lọc theo cách mà cao lanh lọc. Tính trương nở của nó khiến ngay cả một huyền phù loãng cũng trở nên nhớt, và bánh lọc mà nó tạo thành gần như không thấm. Do đó, các nhà máy bentonit hiếm khi khử nước sản phẩm trong máy ép bùn; họ sấy khô sản phẩm từ độ ẩm trong hố. Nơi máy ép bùn gặp bentonit là trong các dòng thải: bùn từ máy khoan hầm, dung dịch khoan và bùn từ tường vây, nơi bentonit chỉ là thành phần nhỏ trong một hỗn hợp chủ yếu là cát và bùn. Đó là một nhiệm vụ khác với các quy tắc khác, được đề cập trong khoan và bùn TBM bài viết.
Các ngành liên quan
Mọi điều trên đều áp dụng với những thay đổi nhỏ đối với đất sét bóng dùng cho thiết bị vệ sinh, đất sét trắng dùng cho sứ, bột fenspat và thạch anh mịn từ cùng các mỏ, huyền phù bột màu titan dioxide, huyền phù canxi cacbonat dùng làm chất độn giấy, và silica kết tủa. Tất cả đều là những sản phẩm khoáng mịn, ít mài mòn, lọc chậm, nơi việc ép bằng màng tự hoàn vốn nhờ năng lượng máy sấy. Của chúng tôi khai khoáng và chế biến khoáng sản hub liên kết các hướng dẫn liên quan.
Câu hỏi thường gặp
Máy ép khung bản có thể đạt độ ẩm bánh bao nhiêu trên cao lanh?
Máy ép lọc màng thường đạt 65–75% chất rắn (25–35% độ ẩm) đối với cao lanh và đất sét bóng. Máy ép buồng trơn đạt 55–65% chất rắn với chu kỳ dài hơn. Máy ép ống áp suất rất cao có thể đạt khoảng 80% chất rắn trong các mẻ nhỏ.
Tại sao cao lanh lại lọc chậm như vậy?
Các hạt kaolinit là những phiến phẳng có kích thước dưới 2 micron, xếp chồng lên nhau thành một bánh lọc dày đặc, gần như không thấm nước và giữ nước giữa các lớp. Điện trở riêng của bánh lọc có thể cao gấp một nghìn lần so với cát hoặc tinh quặng kim loại, vì vậy bánh lọc phải được nén bằng màng thay vì chỉ bơm vào.
Tôi có cần máy ép lọc màng cho đất sét không?
Đối với sản phẩm cao lanh, đất sét dẻo hoặc đất sét trắng có thể bán được, thì đúng: bước ép là yếu tố giúp bánh lọc đạt độ ẩm dưới 35% trong một chu kỳ hợp lý và tiết kiệm năng lượng máy sấy. Đối với đất sét thải từ các trạm rửa cát hoặc trạm nghiền đá, máy ép buồng với bánh lọc ẩm hơn thường là chấp nhận được.
Vải lọc nào được sử dụng cho cao lanh?
Vải polypropylene monofilament hoặc kết hợp mono/multifilament được cán chặt, có độ thấm khí thấp. Vải hở sẽ bị bịt kín chỉ sau vài chu kỳ vì tiểu cầu thấm qua lớp dệt.
Máy ly tâm hoặc máy ép băng tải có thể thay thế máy ép khung bản cho cao lanh không?
Không dành cho bánh sản phẩm. Máy ép băng tải đạt 35–50% chất rắn và máy ly tâm decanter đạt 40–55%, và các tiểu cầu mịn thoát ra theo dòng ly tâm. Cả hai chỉ được sử dụng trên các dòng đất sét thải, nơi bánh ướt, giá trị thấp là chấp nhận được.
Bentonite khác biệt như thế nào?
Bentonite trương nở khi gặp nước và tạo thành một lớp bánh gần như không thấm, vì vậy các sản phẩm bentonite được sấy khô thay vì lọc. Máy ép lọc chỉ xử lý bentonite như một thành phần phụ của dung dịch khoan, đào hầm và tường chắn.
Hãy gửi cho chúng tôi một mẫu hoặc báo cáo thử nghiệm lọc và trọng tải, chúng tôi sẽ tính toán kích thước máy ép, độ sâu buồng và vải lọc cho nó: yêu cầu một đề xuất khử nước cho đất sét.
Tài liệu tham khảo: USGS Tóm tắt Hàng hóa Khoáng sản 2024 — Đất sét (sản xuất, sử dụng và chế biến cao lanh, đất sét dẻo và bentonit), US EPA — Hướng dẫn về nước thải khai thác và chế biến khoáng sản, 40 CFR Phần 436 (bao gồm các phân loại cao lanh và đất sét bóng).
Bài viết này là một phần trong hướng dẫn của chúng tôi về industrial filter press applications.