о о
ечз
СП
§ ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ КЕРАМИКИ -| ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
© Б.Л. Красный, докт. техн. наук, генеральный директор НТЦ "БАКОР" В.В. Бондарь, генеральный директор НПКФ "БАКОР-ФильтрКерамика" А.Г. Буртовой, главный конструктор НПКФ "БАКОР-ФильтрКерамика" П.Н. Рубцов, директор ОФ №3 Риддеровского ГОКа
Снижение энергоемкости металлургических производств - одно из приоритетных направлений практически для всех предприятий. В этой связи важна проблема снижения влажности концентратов обогатительных производств до значений, оптимальных для дальнейшего металлургического передела, без дорогостоящей энергоемкой операции - сушки.
Применяемые на большинстве горнорудных предприятий барабанные и дисковые вакуум-фильтры с тканевой фильтрующей поверхностью не обеспечивают возрастающих требований к снижению влажности концентратов и как следствие - к энергосбережению. Кроме того, вовлечение в переработку тонковкраплен-ных руд неизбежно приводит к увеличению тонины помола исходного сырья и, как следствие, к увеличению влажности тонкоизмельченных концентратов.
В течение последних 30 лет в России и в других странах велись работы по изысканию возможности замены традиционно применяемых фильтротканей для дисковых вакуум-фильтров другими материалами: пористыми пластмассами, пористой резиной, а в последние годы - пористыми металлами и керамикой.
Наиболее перспективно применение в дисковых вакуум-фильтрах пористых керамических фильтрующих элементов. Мембраны из керамики разрабатываются и внедряются только последние 10-15 лет и относятся к мембранам третьего поколения. Широкое распространение их в промышленности сдерживалось технологическими трудностями получения пор заданной величины, равномерного их распределения по активной поверхности элементов фильтрации и технологическими трудностями изготовления фильтрующих элементов.
На основании исследований и отработки технологии были достигнуты результаты, позволяющие управлять технологическими процессами и отдельными операциями по изменению характеристик фильтров, заранее прогнозировать и получать заданные параметры фильтрующих изделий. Как показала практика, наиболее перспективными являются керамические пластины с размерами пор от 1,2 до 3 мкм, равномерно распределенных по всей поверхности пластины [1].
При контакте такой пластины с водой или с пульпой возникает капиллярный эффект, подчиняющийся закону Кельвина и зависящий от диаметра капилляра, по-
верхностного натяжения жидкости и краевого угла смачивания: вода стремится заполнить все капилляры и проникнуть сквозь пластину.
Для обеспечения процесса фильтрации и непрерывного удаления воды в этом случае требуется незначительный расход электрической энергии для поддержания требуемого вакуума, так как капилляры, постоянно заполненные водой, не пропускают ни воздух, ни твердые частицы.
Объем жидкости V, перемещающейся по капилляру за единицу времени, определяется формулой Пуазейля:
■ _ А Р-™4
" 8ц-h
где Ар - разность давлений на концах капилляра (перепад давления, необходимый для преодоления капиллярной силы), бар,
rv\h- радиус и высота капилляра соответственно, /л - динамический коэффициент вязкости жидкости.
2 • Р ■ cosa
-г-
где р - поверхностное натяжение, Н/м (для воды при 20 °С р = 0,07)
а - краевой угол смачивания, град. В 1990-х годах фирма Outokumpu (Финляндия) [2] организовала производство дисковых фильтров CER-АМЕС с керамическими фильтрующими секторами и обеспечила их поставку на горно-обогатительные предприятия ряда стран, в том числе России и Казахстана. Дисковые вакуум-фильтры с керамическими фильтрующими элементами весьма эффективно зарекомендовали себя при обезвоживании медных, никелевых и цинковых концентратов. Как показала практика эксплуатации таких вакуум-фильтров, они обладают уникальными возможностями в сравнении с тканевыми:
- степень обезвоживания на 2-3% выше, что сокращает затраты на последующую сушку и повышает качество получаемого осадка;
- срок службы фильтрующих керамических элементов - не менее 1,5 лет, тканевых - 17-20 сут, при этом расход фильтровальной ткани составляет для одного дискового вакуум-фильтра с аналогичной поверхностью не менее 2000 м2/год;
- расход электроэнергии - в 10-15 раз меньше, так как движущая сила процесса фильтрации создается
л ЪШ
капиллярными силами в порах керамической перегородки, и нет необходимости применения высокопроизводительных вакуум-насосов; кроме того, исключается воздуходувка для отдувки образовавшегося осадка;
- возможность получения практически чистых фильтратов, что исключает потери ценных продуктов, содержащихся в твердой фазе, а также необходимость применения дополнительных устройств и аппаратов для их улавливания;
- высокая термостойкость керамических фильтрующих элеменов, позволяющая применять их для обработки суспензий с высокой температурой и на фильтре пара или горячего воздуха с целью максимального обезвоживания осадка.
При безусловном преимуществе фильтров СЕИ-АМЕС перед дисковыми вакуум-фильтрами с тканевой фильтрующей поверхностью широкого распространения они не получили, главным образом, из-за высокой стоимости дисковых фильтров и керамических секторов.
В 2001 г. Норильская горно-металлургическая компания, имеющая 12 фильтровальных установок фирмы СМокитри, поручила ЗАО НТЦ "БАКОР" (с целью создания* конкурентной среды) разработать керамические фильтрующие элементы для дисковых вакуум-фильтров.
В результате была разработана принципиально новая технология изготовления керамических фильтрующих элементов, которые обладают высокими эксплуатационными характеристиками, долговечны и не имеют геометрических отклонений. Эта технология освоена предприятием НПКФ "БАКОР-ФильтрКерамика", организовавшем производство новых керамических фильтрующих элементов и их поставку потребителям.
В настоящее время дисковые керамические фильтрующие элементы производства НПКФ "БАКОР-ФильтрКерамика" прошли полномасштабные испытания и приняты к постоянному использованию на Зыря-новском горно-обогатительном комбинате АО "Каз-цинк", на Балхашском горно-металлургическом и Жез-кентском горно-обогатительном комбинатах корпорации "Казахмыс", на комбинате "Ормет" взамен керамических секторов фирмы ОиШкитри. Результаты эксплуатации приведены в табл. 1:
Таблица 1. Производительность фильтров НПКФ "Бакор-ФильтрКерамика" для различных продуктов
Фильтруемый Влажность, % Удельна<Г
продукт производительность, кг/м2 ■ н
Медный концентрат 8,3-10,5 200-460
Цинковый концентрат 8,5-10,6 220-520
Свинцовый концентрат 8,0-11,6 350-670
Пиритный концентрат 8,1-10,5 380-670
Гидроксид алюминия 8,5-12,5 1000-1800
Взяв за основу положительно зарекомендовавшие себя в реальных производственных условиях керамические фильтрующие элементы, специалисты НПФК "Бакор-ФильтрКерамика" разработали оригинальную
>•
е к и:
Е"
Рис. 1. Вакуумный дисковый фильтр
конструкцию вакуумной дисковой фильтровальной установки, все конструкторские и технические решения которой защищены патентами [3-8].
Первый вакуумный дисковый фильтр капиллярного типа ВДФК-45 изготовлен на базе ТОО "Казцинкмаш" и смонтирован на обогатительной фабрике №3 Риддер-ского ГОКа АО "Казцинк" в ноябре 2003 г. для фильтрации цинкового концентрата (рис. 1). Ниже приведены его техническая характеристика и физико-химические показатели.
Техническая характеристика ВДФК-45
Площадь полезной фильтрующей поверхности, м2 45
Количество фильтровальных дисков, шт.. 15
Количество керамических фильтрующих элементов, шт.:
в одном диске. 12
общее 180
Объем пульпы в ванне, м3:
при нормальном заполнении 7,4
при максимальном заполнении 9,5
Габаритные размеры, мм:
длина 7222
ширина 3546
высота 2685
Масса фильтра в сборе, т 15,8
Средняя потребляемая мощность, кВт 16
Мощность двигателя вакуум-насоса, кВт . 2,2
Физико-химические показатели керамических фильтрующих элементов производства НПКФ "БАКОР-ФильтрКерамика"
не менее 40-50
1-3, до 10 не менее 30,0 не менее 97,0 не менее 92,0 не менее 8,0
Открытая пористость, % Диаметр пор (основной), мкм Предел прочности при сжатии, Н/мм2 Кислотостойкость, % Щелочестойкость, %
Конструкционная прочность при изгибе, кН Область применения - фильтрация:
- сгущенных концентратов;
- пульп в гидрометаллургических производствах и стоках электротехнических производств;
- охлаждающей воды и промышленных сточных вод;
- смол, красителей и лаков;
- кислот и щелочей;
- удаление шламов, образующихся при нейтрализации стоков.
Технологический процесс фильтрации (рис.2) включает следующие стадии:
1 .Образование кека. При погружении керамических фильтрующих элементов в пульпу на их наружной поверхности за счет разности давлений образуется кек определенной толщины. Сквозь поры фильтрующих элементов проникает только вода; ни твердые частицы, ни воздух сквозь поры не проходят.
о.
>>
15 С!
в! ы
г
Рис.2. Общий вид фильтровальной установки
2. Обезвоживание кека. При последующем вращении дисков после выхода элементов с образовавшимся кеком из пульпы действие капиллярных сил продолжается непрерывно по всей поверхности до тех пор, пока из кека не будет удалена вся свободная жидкость.
3. Разгрузка кека. Обезвоженный кек снимается при помощи керамических ножей [9], установленных с высокой точностью. Расстояние между ножом и поверхностью керамики составляет 0,5-0,8 мм. На поверхности фильтрующего элемента остается тонкий слой твердых частиц (подложка), который работает как защита против механического абразивного воздействия, увеличивая срок службы керамических фильтрующих элементов и снижая затраты на техническое обслуживание.
4. Обратная промывка. Сразу после прохождения ножей в керамические фильтрующие элементы изнутри подается небольшая порция воды под давлением 0,7-1,2 кг/см2 в течение 2-5 с для удаления оставшегося кека и очистки капилляров.
5. Регенерация керамических фильтрующих элементов. Комбинированная ультразвуковая и кислотная очистка производится периодически, 1-2 раза в сут в течение 30-60 мин, в зависимости от степени зарастания капилляров различн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.