Типы фильтровальных перегородок и требования, предъявляемые к ним

При фильтровании минеральных пульп в качестве пористой перегородки фильтра применяют фильтровальные ткани, реже тканые сетки (металлические, синтетические). Фильтровальная ткань является неотъемлемой составной частью фильтра. От свойств фильтроткани во многом зависят технико-экономические показатели процесса. Поэтому к фильтровальным тканям предъявляют определенные требования. Фильтровальная ткань должна:

· задерживать твердые частицы пульпы в такой степени, чтобы их содержание в фильтрате не превышало 1%;

· обладать небольшим гидравлическим сопротивлением потоку фильтрата;

· иметь продолжительный срок службы и достаточную механическую прочность;

· не терять фильтрующую способность в процессе эксплуатации;

· иметь минимальное сцепление с осадком, чтобы обеспечить его полную разгрузку;

· не набухать при соприкосновении с жидкой фазой пульпы и промывной жидкостью;

· обладать устойчивостью к химическому воздействию разделяемых веществ, теплостойкостью при повышенной температуре фильтрования;

· обладать устойчивостью к засорению и хорошей регенерируемостью;

· иметь невысокую стоимость, быть недефицитной;

· быть удобной в обращении при пошиве из нее чехлов и закреплении на фильтре.

В практической деятельности трудно найти фильтровальную ткань, удовлетворяющую всем перечисленным требованиям. Обычно фильтровальная ткань отвечает лишь некоторым из них, а создание новых тканей ведется в направлении большего соответствия их предъявляемым требованиям.

Обычно фильтровальные ткани классифицируются по виду материала, из которого они изготовлены. Ранее употреблялись полотняные и саржевые фильтровальные ткани в виде бельтинга, миткаля, суровой бязи, фильтродиагонали, фильтровального сукна и др. Эти ткани из натуральных волокон хорошо задерживают твердую фазу пульпы, но имеют повышенное гидравлическое сопротивление при фильтровании, быстро засоряются, недостаточно прочны, особенно в агрессивных средах. Кроме того, в процессе фильтрования поры хлопчатобумажных тканей изменяются вследствие сплющивания нитей под давлением и многократных изменений движения водовоздушного потока.

Синтетические ткани. Синтетические волокна вырабатывают из полимеров, у которых основные цепи макромолекул построены из атомов углерода (перхлорвиниловые, полиакрилонитрильные, полиолефиновые, фторлоновые), а также из полимеров, у которых основные цепи макромолекул содержат кроме углерода азот, кислород и другие элементы (полиамидные, полиэфирные, полиуретановые волокна). К преимуществам синтетических волокон относятся их высокие физико-механические свойства в сочетании с их химической стойкостью. Срок службы тканей из синтетических волокон в 4–5 раз больше срока службы хлопчатобумажной ткани, например фильтродиагонали.

Хлориновые фильтроткани, изготовляемые из хлориновых волокон, получаемых на основе хлорвинила, устойчивы в кислых и щелочных средах, меньше засоряются и легче регенерируются по сравнению с хлопчатобумажной тканью, но недостаточно устойчивы против истирания и нетермостойки.

Полиамидные ткани изготавливаются из полиамида-6, известного под названием капрон. Капроновые фильтроткани обладают хорошими фильтрующими свойствами. Гладкие волокна этих тканей благоприятно влияют на проницаемость тканей и способствуют полному съему осадка. Широко применяется капроновая ткань артикула 56035, срок службы которой на железорудных обогатительных фабриках составляет от 400 до 800 ч, при фильтровании сульфидных и несульфидных рудных пульп на фабриках цветной металлургии – в среднем 700–900 ч непрерывной работы.

Лавсановые фильтроткани из полиэфирных волокон по прочности на разрыв превосходят полиамидные волокна. Они пригодны для фильтрования щелочных и кислых пульп. Лавсановые ткани обладают высокой износо- и термостойкостью. Лавсановая ткань артикула 56038 успешно применяется для экипировки барабанных фильтров БОУ-40 для фильтрования силикатных пульп.

При обезвоживании марганцевых флотационных концентратов и концентрата магнитной сепарации на ленточных вакуум-фильтрах используют фильтроткани лавсан артикула 86033 и хлориновую артикула 86006, срок службы составляет более 700 часов.

На углеобогатительных фабриках в качестве фильтровальных перегородок для вакуум-фильтров ранее применяли латунные и бронзовые сетки, а также сетки из нержавеющей стали (диаметр проволоки 0,2–0,22 мм, квадратные ячейки размером 0,2–0,28 мм). Срок службы латунных и бронзовых сеток составлял 2–3 месяца, а сетки из нержавеющей стали служили до года. Недостаток металлических сеток – их дефицитность, высокая стоимость, малый срок службы. Поэтому для фильтрования угольных флотационных концентратов крупностью 0,5–0 мм стали применять капроновые ткани-сетки со сроком службы 8–10 месяцев.

Стеклоткани применяют для фильтрования агрессивных суспензий при их повышенных температурах. Главный недостаток стеклотканей – малая механическая прочность, так как они не сжимаются и не растягиваются. Изгибы, вибрации и другие механические воздействия разрушают стеклоткань.

Комбинированные ткани, например капросталь. Основа этой ткани – капроновое волокно, уток – проволока из нержавеющей стали. Капросталь обладает повышенной упругостью и механической прочностью. Комбинированные сетки изготавливают также из синтетических волокон двух типов, например, из лавсано-капроновой ткани. Комбинированные фильтроткани находят применение в углеобогащении.

Финская фирма TAMFELT разработала фильтровальную ткань "Эласта". Фирма выпускает ткани для дисковых, ленточных, барабанных вакуум-фильтров и для пресс-фильтров (например, все пресс-фильтры фирмы LAROX укомплектованы фильтровальными тканями фирмы TAMFELT).

Благодаря оптимальной комбинации нитей и их переплетения, ткани TAMFELT выдерживают тяжелые условия работы без растяжения и разрывов, имеют повышенную прочность, значительный срок службы (4000 ч), способны работать в широком диапазоне pH среды, при высоких температурах пульпы и сильном натяжении.

К новому типу фильтровальных перегородок можно отнести керамические микропористые перегородки. Микропористый керамический материал синтезирован на основе оксида алюминия. Он имеет однородные микропоры такого размера (средний размер пор 0,7 мкм), что благодаря поверхностному натяжению между водой и гидрофильными порами керамического материала возникает капиллярный эффект и жидкость всегда удерживается в порах. Микропористый фильтрующий материал ведет себя подобно большому числу узких капилляров, образующих сеть. Из такого материала изготавливаются мембранные пластины для секторов дискового вакуум-фильтра CERAMEC. Микропористый материал фильтрующей поверхности позволяет только жидкости проходить через нее, а частицы твердого не проходят через капилляры и набираются на внешней поверхности диска в виде очень сухого кека. Фильтровальная ткань в этих фильтрах не используется. Материал пластин инертный, устойчивый к действию почти всех химических реагентов и колебаниям температур пульпы.

Закупоривание пор фильтровальной ткани. При фильтровании твердые частицы пульпы механически закупоривают ткани. Происходит также химическая цементация волокон: образуются цементирующие солевые отложения на внешней, обращенной к пульпе, стороне. При высокой бикарбонатной жесткости жидкой фазы пульпы в основном откладываются карбонатные осадки CaCO3, в кислых пульпах – сульфатные CaSO4·2H2O и фосфатные Ca3(PO4)2. При фильтровании кислых и щелочных пульп ткань цементируется силикатными отложениями CaSiO3. Вследствие закупорки пор и химической цементации волокон происходит потеря ее проницаемости, ухудшение фильтрационных свойств, снижается производительность фильтра. Синтетические ткани более устойчивы против закупоривания, чем хлопчатобумажные. Это объясняется тем, что волокна синтетических тканей гладкие, их гидрофобность почти не изменяется в процессе работы и сцементированных осадков закрепляется меньше.

Для восстановления проницаемости фильтровальных тканей их подвергают механической очистке стиркой с добавлением моющего средства и химической (растворение кристаллических осадков в кислотах и щелочах) регенерации. В процессе стирки могут быть удалены частицы механической закупорки пор и слабо сцементированные частицы.

Карбонатные отложения выщелачивают раствором соляной кислоты в течение 2–6 ч, сульфатные – удаляют обработкой ткани вначале 5–8%-м раствором щелочи, а затем 3–4%-м раствором соляной кислоты. Труднее всего удаляются силикатные отложения: ткани промывают в 3–4%-м растворе соляной кислоты с добавкой 25%-го раствора фтористого натрия или фтористого аммония.

Для предотвращения карбонатных и сульфатных отложений в фильтруемую пульпу рекомендуется подавать гексаметафосфат натрия из расчета 5–15 г/м3 суспензии.

4.5. Факторы, оказывающие основное
влияние на процесс фильтрования

Работа фильтров оценивается удельной производительностью с единицы фильтрующей поверхности по сухому осадку и влажностью кека. Конечные результаты фильтрования во многом определяются крупностью фильтруемого концентрата, содержанием твердого в фильтруемой пульпе, частотой вращения фильтрующей поверхности, разрежением и другими факторами. Рассмотрим влияние этих и некоторых других факторов на удельную производительность вакуум-фильтров и влажность образующегося кека.

1. Крупность концентрата, характеризующаяся его гранулометрическим составом, в значительной степени определяет фильтруемость концентрата и конечные результаты фильтрования. Чем тоньше измельчен концентрат, тем больше его удельная поверхность и выше удельное сопротивление осадка. А чем выше удельное сопротивление концентрата, тем ниже удельная производительность при фильтровании и одновременно выше влажность кека.

Поскольку концентраты выпускаются в широком диапазоне крупности и удельной поверхности, результаты их фильтрования различны. Крупность концентрата не является технологическим фактором регулирования процесса фильтрования. Она определяется степенью измельчения руды в зависимости от вкрапленности полезного компонента, принятой схемой обогащения, качеством выпускаемого концентрата.

В связи с постоянным повышением качества концентратов крупность их снижается. При этом увеличивается влажность осадка, а удельная производительность вакуум-фильтров снижается. Например, при обезвоживании магнетитового концентрата СевГОКа увеличение в питании частиц класса –0,05 мм с 85 до 98% привело к росту влажности кека с 10,0 до 12,7%, при этом удельная производительность вакуум-фильтров снизилась с 0,65 до 0,35 т/м2·ч.

Основную трудность при фильтровании оказывают тонкие частицы крупностью менее 0,02 мм. Их обычно называют шламами. Поэтому увеличение содержания в питании фильтра тонких классов приводит к повышению влажности кека и снижению удельной производительности фильтра.

От крупности концентрата во многом зависит выбор того или иного оборудования для фильтрования.

2. Скорость движения фильтрующей поверхности (частота вращения барабана, дисков)является одним из факторов регулирования процесса фильтрования. От правильного выбора этой величины зависит как производительность фильтра, так и влажность кека. С повышением частоты вращения дисков при прочих равных условиях удельная производительность повышается, так как она пропорциональна частоте вращения

,

где q2, q1 – удельная производительность фильтра, т/м3·ч при частоте вращения дисков соответственно n2, n1, мин-1.

Повышение производительности фильтра в этом случае объясняется тем, что скорость образования осадка максимальна в начальный период, когда толщина осадка еще мала и невелико суммарное сопротивление осадка и фильтроткани прохождению фильтрата. По мере набора осадка сопротивление возрастает и скорость образования слоя резко снижается. Следовательно, сокращение времени набора осадка при увеличении частоты вращения дисков меньше влияет на толщину кека и приводит к росту производительности фильтра за счет большего числа циклов. По данным практики при увеличении частоты вращения дисков в 2 раза (с 0,3 до 0,6 мин-1) толщина осадка снижается только в 1,5 раза при фильтровании большинства магнетитовых концентратов. Это и приводит к повышению удельной производительности вакуум-фильтров.

С увеличением времени набора осадка скорость его образования снижается, следовательно, снижается и производительность фильтра. При снижении частоты вращения время набора и просушки осадка возрастает, поэтому набирается кек несколько большей толщины. Но в результате меньшего числа циклов производительность аппарата в целом снижается.

При увеличении частоты вращения фильтра до определенного значения влажность осадка практически не изменяется, затем начинает повышаться.

Изменением частоты вращения фильтрующей поверхности, если позволяет влажность кека, можно регулировать производительность фильтра. Оптимальную частоту вращения дисков и барабана подбирают в каждом конкретном случае с учетом свойств фильтруемой суспензии. Основным критерием для выбора оптимальной частоты является получение осадка толщиной не менее 7 мм.

3. Содержание твердого в пульпево многомопределяет показатели фильтрования, так как оказывает влияние на толщину кека, его влажность и удельную производительность фильтра.

При постоянной частоте вращения дисков, с увеличением содержания твердого в исходной пульпе увеличиваются толщина осадка, его влажность и удельная производительность фильтра.

Таким образом, правильный выбор содержания твердого в фильтруемой пульпе очень важен. При фильтровании рудных суспензий оптимальное содержание твердого в питании 50–65%, при этом толщина осадка колеблется в пределах 20–23 мм. Снижение содержания твердого в пульпе в определенных пределах позволяет уменьшить влажность кека. Однако, если содержание твердого ниже 50%, то становится неоправданно низкой удельная производительность фильтров. Кроме того, пульпа низкой плотности создает ряд трудностей: повышается скорость расслоения пульпы и для поддержания частиц твердого во взвешенном состоянии требуется её интенсивное перемешивание мешалками в ванне фильтра. В более плотной пульпе наблюдается меньшее расслоение по крупности в ванне фильтра, поэтому получают осадок более равномерный по гранулометрическому составу и с лучшей воздухопроницаемостью. При фильтровании плотных суспензий снижается удельное сопротивление осадка, что объясняется коагуляцией суспензий.

При фильтровании магнетитовых концентратов наиболее приемлемым является содержание твердого в пульпе 55%. Пульпа с таким содержанием твердого хорошо перекачивается песковыми насосами и обеспечиваются наиболее удовлетворительные показатели фильтрования тонкоизмельченных концентратов.

В тех случаях, когда при содержании твердого в пульпе более 55% удельная производительность фильтров достаточно высока, а следовательно, высока и влажность кека, целесообразно уменьшать вакуум в зоне набора осадка, а не разбавлять пульпу.

4. Величина вакуумаявляетсяглавным фактором при фильтровании. Величина вакуума в зоне набора осадка (I) определяет производительность фильтра, а в зоне обезвоживания и просушки осадка (II) – конечную влажность кека. Чем больше значение вакуума в зоне набора осадка, тем выше производительность вакуум-фильтра при прочих равных условиях

,

где q1, q2 – производительность фильтра, т/м3·ч, при величине вакуума в зоне набора осадка соответственно DP1 и DP2.

Установлено, что при фильтровании целесообразно производить набор осадка при пониженном вакууме и создавать более высокое разрежение в зоне обезвоживания и просушки осадка. Снижение вакуума в зоне набора осадка приводит к уменьшению толщины кека и его влажности. Осадки получаются более пористыми, а недостатком работы фильтра при пониженном вакууме в зоне набора осадка является образование трещин на поверхности осадка. Увеличение скорости движения частиц к фильтроткани при высоком вакууме приводит к более плотной укладке их в осадке и способствует застреванию частиц в порах фильтроткани, что снижает воздухопроницаемость осадка.

Величина вакуума в зоне набора может быть различной в зависимости от крупности концентрата, плотности пульпы, состояния фильтроткани и принимается исходя из условия получения нужной толщины кека. Обычно на новой фильтроткани эта величина колеблется в пределах (9,3–26,6) 103 Па и постепенно увеличивается по мере засорения фильтроткани до (46,5–60,0) 103 Па.

В зоне обезвоживания и просушки вакуум должен быть максимально возможным (80–85)·103 Па, так как, чем выше разрежение, тем большее количество воздуха просасывается через осадок, тем ниже конечная влажность кека.

5. Соотношение зон набора и просушки осадкаявляется важным конструктивным параметром, влияющим на показатели процесса обезвоживания.

Размеры зон измеряются соответствующими каждой из них углами j1 и j2 (в градусах) в распределительной головке. Суммарный размер этих зон для дискового вакуум-фильтра является постоянным и равен 265°. Поэтому увеличить одну из зон можно только за счет уменьшения другой.

Соотношение зон – это отношение центральных углов дисков (барабана), соответствующих зоне просушки и набора осадка. В настоящее время большинство вакуум-фильтров выпускается с соотношением зон II : I = 2 : 1. Увеличение размера зоны сушки приводит к уменьшению влажности осадка за счет возрастания времени его просушки. Уменьшение зоны набора осадка не вызвало существенного снижения удельной производительности вакуум-фильтров, поскольку ее размера достаточно для образования необходимого при фильтровании осадка. Увеличение соотношения зон более 2 : 1 для дисковых вакуум-фильтров нецелесообразно.

Таким образом, увеличению производительности вакуум-фильтров способствуют повышение плотности пульпы и разности давлений, снижение удельной поверхности фильтруемого материала (увеличение крупности частиц твердого до определенного предела), быстрое удаление осадка оптимальной толщины с поверхности фильтрования, низкая забиваемость фильтроткани, повышение температуры пульпы благодаря снижению вязкости жидкой фазы пульпы.