IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Под фильтрованием понимают процесс разделения неоднородных систем (суспензий и аэрозолей) при помощи пористых перегородок, пропускающих сплошную (дисперсионную) среду и задерживающих дисперсную твердую фазу.

Осевший на перегородке слой твердых частиц с некоторым содержанием жидкости между ними называют осадком, а прошедшую через него жидкость – фильтратом. На практике могут представлять ценность либо оба продукта фильтрования (осадок и фильтрат), либо один из них.

Движущей силой процесса является разность давлений в разделяемой суспензии и за перегородкой. Она расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений слоя осадка и фильтрующей перегородки.

Фильтрование сопровождается химическим и физико-химическим взаимодействием между жидкой средой, дисперсной фазой, перегородкой и корпусом фильтра. В подавляющем большинстве случаев они приводят к нежелательным последствиям, например, быстрому росту гидравлического сопротивления, разрушению перегородки, нарушению целостности фильтра и пр. Поэтому структура осадка и перегородки, а также свойства жидкости играют важную роль при фильтровании. От этих факторов зависит в итоге и режим процесса [1].

Большинство процессов в цикле обогащения проходит с участием значительного количества воды и конечный продукт должен содержать минимальное количество жидкости. В результате разделения системы «жидкость - твердое» удается получить железорудный концентрат с относительно невысоким содержанием влаги (8,5 – 9,5 масс.%).

В первом приближении процессы разделения суспензии могут быть классифицированы следующим образом: осаждение, фильтрация и термическая сушка. Обезвоживание в процессе переработки железной руды – это комбинация перечисленных операций с получением на выходе требуемого продукта.

В результате осаждения пульпы, на первом этапе обезвоживания, образуется осветленная жидкость и сгущенный продукт, при этом из суспензии удаляется до 80% воды. Фильтрация считается вторым этапом с образованием осадка с содержанием твердого 80 – 90 масс.%.

Под действием разности давлений жидкая фаза проходит через поры ткани, а твердая - задерживается. С течением времени высота слоя суспензии будет уменьшаться, а толщина осадка увеличиваться. Толщина фильтровальной ткани постоянна. Фильтрование будет продолжаться до тех пор, пока не станет равной нулю. В этот момент высота слоя осадка будет максимальной. После этого в течение еще некоторого времени поддерживают разрежение, чтобы подсушить осадок, а затем его выгружают и цикл фильтрования повторяют.

Скорость фильтрации жидкости зависит от разности давлений, высоты слоя, удельного сопротивления слоя и вязкости жидкости [2].

Принцип работы дискового вакуум-фильтра: пульпу подают в ванну, снабженную переливной трубой. При вращении дисков на поверхности секторов, погруженных в пульпу, происходит набор осадка, затем по мере выхода секторов из суспензии осуществляется подсушка осадка и его съем с поверхности фильтровальной ткани.

Частота вращения дисков является одним из факторов регулирования процесса фильтрования; от правильного выбора этой величины зависит производительность фильтра и влажность осадка.

С повышением частоты вращения дисков при прочих равных условиях удельная производительность фильтра повысится, так как она пропорциональна частоте вращения.

Повышение производительности фильтра объясняется тем, что скорость образования осадка при прохождении зоны набора (153° окружности диска) непостоянна и снижается по мере увеличения толщины осадка, или увеличения времени его набора. Эта зависимость представлена на рисунке 1.

В начальный период набора осадка скорость максимальна, т.к. сопротивление фильтрованию оказывает только фильтр, образовавшийся осадок увеличивает сопротивление и снижает скорость набора. Снижение скорости вращения с 0,3 до 0,6 об/мин приводит к уменьшению толщины кека только в 1,5 раза, т.е. производительность возрастает, и незначительно увеличивается влажность кека.

Влажность осадка при повышении частоты вращения дисков изменяется незначительно. Однако, это характерно до определенного предела, при повышении его с увеличением частоты влажность возрастает.

 

2

1

 

Рисунок 1 – Зависимость производительности (1), влажности (2)

от частоты вращения дисков

Оптимальная частота вращения дисков вакуум-фильтра для среднефильтруемых концентратов составляет 0,4-0,6 об/мин. Основным критерием для выбора оптимальной частоты является получение во всех случаях осадка, толщиной не менее 10-12 мм. Для получения осадка такой толщины из более тонких концентратов требуется более продолжительное время, а для получения максимальной влажности - более длительная сушка, что достигается снижением частоты вращения дисков.

Вакуум в зоне набора и сушки является главным фактором при обезвоживании. Его значение на стадии набора осадка (фильтрования) определяет производительность дискового вакуум-фильтра, а на стадии сушки - влажность осадка. Из рисунка 2 следует, что чем больше значение вакуума в зоне набора осадка, тем выше будет производительность вакуум-фильтра при всех прочих равных условиях .

Анализ практических данных показывает, что изменение вакуума в области его низких значений в большей степени влияет на производительность фильтра и толщину осадка. Поэтому основная регулировка вакуума при наборе осадка должна производится в области низкого разрежения. При экипировке фильтра новой фильтротканью вакуум в зоне набора осадка при фильтровании легко- и среднефильтруемых концентратов не должен превышать соответственно 15 и 20 кПа, а при использовании фильтротканей с высокой воздухопроницаемостью, например, из мононити - 10 и 15 кПа. По мере забивки фильтроткани и потере ею фильтрующей способности вакуум в зоне набора может повышаться вплоть до его значения в зоне сушки.

 

2

1

 

Рисунок 2 – Зависимость производительности (1), скорости фильтрования (2)

от разряжения

В зоне сушки осадка вакуум должен быть максимально возможным, так как чем выше разрежение, тем ниже влажность осадка. Для водокольцевых вакуум-насосов ВВН-300 реально достижимым можно считать вакуум 80-85 кПа, так как при дальнейшем повышении разрежения подача вакуум-насоса резко снижается.

Необходимо строго следить за механическим состоянием вакуум-фильтров и вакуум-насосов, за целостностью фильтроткани и герметичностью системы, так как их нарушения ведут к падению вакуума и, следовательно, к повышению влажности концентрата.

В значительной степени вакуум при фильтровании определяется удельным расходом вакуумного воздуха. Объем удаляемого атмосферного воздуха из секторов и ячейкового вала в пересчете на вакуумный составляет 0,1 - 0,3 м/( мин · м). Однако для просушки осадка необходимо, что бы происходило просасывание через него воздуха. Причем, чем больше воздуха просасывается через фильтроткань, тем ниже будет влажность осадка.

Расход воздуха зависит от крупности фильтруемого концентрата, толщины осадка на фильтроткани.

В процессе обезвоживания на вакуум-фильтре влажность осадка уменьшается от 18-20% на выходе из зоны набора до 9-11% в зоне сушки. В момент этого изменения влаги изменяется объем осадка и происходит образование трещин, через которые уходит вакуумный воздух. Чем толще осадок, тем растрескивание больше, выше потери вакуума и влаги осадка. Поэтому толщина осадка не должна превышать 10-12 мм (рис. 3).

 

1

2

 

Рисунок 3 - Зависимость толщины слоя кека (1),

сопротивления слоя осадка (2) от разряжения

Для тонкоизмельченного концентрата из Лебединских руд расход воздуха колеблется от 1,7 до 3 м/( мин · м), в зависимости от типа фильтроткани и его удельной поверхности.

Важный конструктивный параметр вакуум-фильтра, влияющий на показатели процесса обезвоживания - соотношение зон набора и сушки. На технологические показатели работы вакуум-фильтра основное влияние оказывают размеры зон.

Суммарный размер этих зон для дискового вакуум-фильтра неизменен и равен 265° у вакуум-фильтров ткани ДУ и 312° - ДШ-100,/2,5.У. Поэтому увеличивать одну из зон можно только за счет уменьшения другой.

Время фильтровального цикла или время одного оборота фильтрующей поверхности состоит из времени набора и сушки осадка и времени его разгрузки. Последняя величина зависит только от частоты вращений фильтрующей поверхности, и если число оборотов постоянно, то постоянно и время разгрузки. При увеличении соотношения зон сушки и набора осадка время набора уменьшается, время сушки увеличивается.

Следовательно, удельная производительность вакуум-фильтров снижается. При прочих равных условиях эту зависимость можно выразить соотношением:

На большинстве отечественных дисковых вакуум-фильтров соотношение зон сушки и набора осадка принято 1:1. Если повысить это соотношение до 1,75:1, то удельная производительность фильтров снижается на 12% .

Снижение производительности связано с тем, что увеличение зоны сушки возможно только путем уменьшения зоны набора. Это достигается понижением уровня пульпы в ванне вакуум-фильтра.

Последнее обстоятельство обусловливает снижение площади фильтрующей поверхности. Если увеличение соотношения зон до 2:1 не вызывает резкого снижения удельной производительности фильтров, то при большей величине падение производительности достигает значительных величин и поэтому является нерациональным.

Таким образом, несмотря на снижение влажности концентрата увеличение соотношения зон более 1:1 нецелесообразно.

Список используемой литературы

1. Белоглазов И.Н., Голубев В.О. Основы расчета фильтрационных процессов. – М.: Издательский дом «Руда и Металлы», 2002. – 210 с.

2. Влияние флотационных реагентов на фильтрующие свойства керамических фильтров при обезвоживании железорудного концентрата : автореферат дис. кандидата технических наук : 05.16.02 / Воловиков Артем Юрьевич; [Место защиты: Нац. минерально-сырьевой ун-т "Горный"].

 

7

 

Код для цитирования: Скопировать