Filtracja

Prasy filtracyjne okresowe

Filtry bębnowe

Filtry talerzowe

Płótna filtracyjne

Odprowadzanie filtratu

I. WSTEP              3

II. FILTRY PRÓŻNIOWE.              3

I.1. Filtry próżniowe bębnowe.              4

I.2. Filtry próżniowe tarczowe.              5

III. URZĄDZENIA WYKORZYSTUJĄCE EFEKT NADCIŚNIENIA (PRASY  FILTRACYJNE).              6

IV. PŁÓTNA (TKANINY) FILTRACYJNE.              9

V. ODPROWADZANIE FILTRATU.              11

VI. LITERATURA.              13

I. WSTEP

                 We wszelkiego rodzaju procesach przeróbczych otrzymuje się produkty ze znacznymi nieraz ilościami wody. Do procesów tego rodzaju należy klasyfikacja hydrauliczna, wzbogacanie grawitacyjne w ośrodku wodnym, wzbogacanie flotacyjne, mokre wzbogacanie magnetyczne, odmulanie
i przemywanie kopalin itp. Produkty wzbogacania, a więc koncentraty, produkty pośrednie lub przejściowe i odpady, należy odwodnić przed ich skierowaniem do zużycia, przetwórstwa, magazynowania lub na zwałowisko.

Odwadnianie produktów polega na mechanicznym usuwaniu z nich wody (filtracja). Wyniki filtracji zależą od składu ziarnowego, porowatości materiału oraz od stopnia kapilarności szczelin występujących pomiędzy ziarnami materiału. Produkty grubo i średnio uziarnione bardzo szybko pozbywają się wody. Produkty drobno uziarnione mogą zatrzymywać znaczne ilości wody, głównie za powodu swojej znacznej powierzchni oraz występowania higroskopijnych domieszek ilastych.

W procesie mechanicznej filtracji wykorzystuje się:

-          siły ciężkości wody spływającej samoczynnie i pokonującej siły wewnętrzne, występujące
w szczelinach porowatości pozornej i w szczelinach o budowie kapilarnej,

-          siły działające na cząstki wody wywołane wytworzoną próżnią, o depresji dochodzącej do
98,07 kPa (jednej atmosfery),

-          siły odśrodkowe, których wielkość jest znacznie większa od sił wymienionych poprzednio.

Stosowane metody odwadniania produktów dzieli się na odwadnianie:

-          w zbiornikach,

-          na przenośnikach i w podnośnikach,

-          na sitach stałych,

-          na przesiewaczach,

-          w odwadniarkach odśrodkowych,

-          na filtrach próżniowych,

-          w prasach filtracyjnych.

Zakres niniejszego opracowania obejmuje dwie ostatnie pozycje, czyli filtry próżniowe oraz prasy filtracyjne.

II. FILTRY PRÓŻNIOWE.

              Do odwadniania ziarn bardzo drobnych stosuje się urządzenia próżniowe, w których proces filtracji następuje dzięki wytworzonej próżni (podciśnienia) wewnątrz komór zamkniętych od strony powierzchni roboczej gęstą siatką. Na powierzchnię roboczą doprowadza się zagęszczony muł,
z którego – pod wpływem próżni – odsysana jest woda. Urządzenia tego typu nazywają się filtrami odwadniającymi próżniowymi. Filtry próżniowe, w zależności od ich konstrukcji ,dzieli się na:

-          bębnowe,

-          tarczowe,

-          płaskie,

-          bębnowe z górną nadawą.

I.1. Filtry próżniowe bębnowe.

Zasadę pracy filtru próżniowego bębnowego przedstawia  rysunek nr 1 a. Nadawę w postaci zagęszczonego mułu  podaje się do koryta 1, w którym zanurzony jest obrotowy bęben 2, podzielony wewnątrz przegrodami 3 na szereg komór. Bęben osadzony jest na wydrążonym wale, na którego na którego końcu umieszczona jest głowica 4. Komory bębna połączone są otworami
z kanałami wydrążonymi w wale. W czasie obrotu bębna kanały te uzyskują kolejno połączenia
z kanałami 5 i 6 znajdującymi się w głowicy. Kanały 5 i 6 połączone są przewodami z pompą próżniową wytwarzającą depresję w komorach filtru, odrębnie w zespole komór zasysania  9
i komór odwadniania 10. Do odpowiednich komór filtru doprowadza się przewodami 7 i 8 wodę służącą do przepłukiwania filtru w strefie oczyszczania jego powierzchni roboczej.

              Powierzchnia bębna jest odpowiednio użebrowana i pokryta sitem, na które nakłada się roboczą siatkę fosforobrązową lub z włókna syntetycznego (perlon, stylon lub tp.). W strefie zasysania do powierzchni roboczej bębna przywiera warstwa mułu, a do wnętrza komór wpływa równocześnie woda wstępnie odsysana z mułu. Ponieważ bęben obraca się bardzo powoli, przywiera do jego powierzchni warstwa mułu, która zostaje wyniesiona powyżej poziomu ciekłego mułu w korycie,
a komory wewnętrzne zostają włączone do strefy odwadniania. Zasięg tej strefy jest bardzo duży,
w celu uzyskania możliwości maksymalnego odwodnienia materiału. Odwodniony muł zbierany jest z powierzchni bębna zgarniaczem 11. Nad dnem koryta 1 zawieszone jest wahadłowe mieszadło 12, którgo zadaniem jest unieszkodliwienie osadzania się mułu na dnie koryta. Koryto filtru opróżnia się wylotem 13.

Inna budowę mają krajowe filtry bębnowe rysunek nr 1 b. W korycie 1 zanurzony jest bęben 2 podzielony na 16 płytkich komór. Komory te połączone są za pomocą rurociągów  4 z głowicą filtru 3. W czasie obrotu bębna komory te kolejno włączone są do strefy ssania, odwadniania
i usuwania odwodnionego mułu. Kolejne strefy robocze oddzielone są od siebie odcinkami martwymi 9 w celu uniemożliwienia równoczesnego włączenia dwu różnych stref  do głowicy sterującej.

W strefie ssania następuje intensywne zasysanie wody, którą odprowadza się z komór przewodami A. W obszarze tym na powierzchni roboczej filtru tworzy się warstwa mułu.
W strefie odwadniania wodę odsysaną z mułu odprowadza się przewodami B. W strefie trzeciej do komór doprowadza się pulsujący strumień sprężonego powietrza poprzez przewody C. Zadaniem sprężonego powietrza jest ułatwienie oddzielania warstwy odwodnionego mułu od powierzchni roboczej bębna i ułatwienie jej zgarnięcia poprzez zgarniacz 5. Mieszadło wahadłowe 6 zabezpiecza jednakowe zagęszczenie mułu w całej objętości koryta i uniemożliwia jego osadzanie się na dnie. Równomierny poziom ciekłego mułu w korycie ustala przelew 7, nadmiar odprowadza się przewodem 8. Koryto filtru opróżnia się otworem spustowym 10.

Rysunek 1 c przedstawia widok ogólny filtru bębnowego produkcji krajowej. Wydajność jego wynosi około 19 T/h przy powierzchni filtracyjnej 36 m2 .

Rys. 1.

I.2. Filtry próżniowe tarczowe.

Filtry tarczowe pracują na tej samej zasadzie  co filtry bębnowe. Filtr tarczowy rysunek 2 a zbudowany jest z tarcz, z których każda złożona jest z szeregu segmentów 1 przymocowanych do wału 3. Segmenty te okryte są obustronnie sitem plecionym (tkaniną) i połączone otworami 2
z kanałami wydrążonymi w wale 3. Tarcze zanurzone są w korycie 4, do którego doprowadza się odpowiednio zagęszczony muł. Podciśnienie w komorach roboczych segmentu wytwarza pompa próżniowa połączona z przewodem 5 prowadzącym do głowicy sterującej. Przewodem tym odprowadza się również filtrat. Przewodami 6 i 7 wtłacza się do komór roboczych w segmentach sprężone powietrze, ułatwiające odpadanie odwodnionego mułu od powierzchni segmentów oraz oczyszczanie tkaniny sitowej. Odwodniony muł odpadający z segmentów odbierany jest zsypem 8. Mieszadło 9 utrzymuje stałe zagęszczenie mułu i zapobiega jego osadzaniu na dnie koryta.

Na rysunku 2 b przedstawiono filtr tarczowy produkcji krajowej, który wyposażony jest
w cztery tarcze robocze o średnicy 2500 mm, w każdej tarczy znajduje się 10 segmentów roboczych osłoniętych siatką plecioną. Powierzchnia robocza filtru tej wielkości wynosi
26 m2, a jego wydajność około 10 T/h.

Rys. 2.

Odmianą konstrukcyjną filtrów tarczowych jest filtr próżniowy talerzowy (rysunek 3). Na poziomy talerz 1 pokryty blachą perforowaną i tkaniną filtracyjną doprowadza się nadawę rurą lub korytem. Talerz obraca się wokoło pionowego wału 2 napędzanego przez przekładnię 3. Powierzchnia filtracji podzielona jest promieniowo na segmenty, z których każdy połączony jest przewodem rurowym
z głowicą sterującą. Osad zgarniany jest z talerza zgarniakiem 4 do koryta, skąd odprowadza się go poza filtr, np. przenośnikiem ślimakowym.

Rys. 3.

III. URZĄDZENIA WYKORZYSTUJĄCE EFEKT NADCIŚNIENIA (PRASY  FILTRACYJNE).

Typowymi przedstawicielami urządzeń wykorzystujących zasadę nadciśnienia w procesie odwadniania są prasy filtracyjne. W przeróbce minerałów znajdują one zastosowanie do odwadniania zawiesin bardzo trudno filtrowalnych (najdrobniejsze ziarna koncentratów kopalin jak również do odwadniania drobno uziarnionych odpadów wzbogacania). Proces odwadniania przebiega pod wpływem wysokiego ciśnienia wtłaczanej do prasy nadawy i trwa aż do zaniku wypływania wody odfiltrowanej z prasy.

              Prasy filtracyjne dzieli się na:

-          komorowe,

-          ramowe.

Prasy komorowe (rys. 4 a). Prasy tego typu składają się z szeregu płyt filtracyjnych 1, których wewnętrzna ścieniona część płyty jest dwustronnie rowkowana (użebrowana) i wyposażona
w kanały odprowadzające odfiltrowaną wodę do przewodu wodnego 2. Pomiędzy lub na płyty nałożona jest tkanina filtracyjna 3. Odpowiednio zagęszczoną zawiesinę doprowadza się pod wysokim ciśnieniem przewodem 4. Zespół płyt filtracyjnych jest silnie ściśnięty pomiędzy dwoma płytami oporowymi 5 i 6, przy czym w płycie oporowej 5 znajdują się kanały odprowadzające odfiltrowaną wodę.

Rys. 4.

Prasy ramowe (rys. 4 b). Prasy tego rodzaju składają się z płyt filtracyjnych 1, osłoniętych obustronnie tkaniną filtracyjną 3, oraz z ram 7 dzielących poszczególne płyty filtracyjne. Grubość ramy ustala pojemność przestrzeni roboczej prasy filtracyjnej. Nadawę do prasy doprowadza się przewodem 4, a odfiltrowaną wodę odbiera się przewodem 2. Zespół płyt filtracyjnych i ram ściśnięty  jest pomiędzy płytami oporowymi 5 i 6.

              Filtry komorowe mają przestrzeń roboczą o mniejszej pojemności i są stosowane do odwadniania materiałów trudno filtrujących, natomiast filtry ramowe o dużej pojemności są stosowane do odwadniania materiałów łatwo filtrujących.

Zasada działania pras filtracyjnych

Prasy filtracyjne pracują w zasadzie cyklicznie, przy czym cykl składa się z faz, których procentowy udział czasu trwania w stosunku do całości cyklu przedstawia poniższa tabela.

W cyklu pracy prasy rozróżnia się następujące fazy:

-          filtrowania (napełniania prasy przy zamkniętych przestrzeniach filtracyjnych, przy równoczesnym oddzielaniu filtratu),

-          przemywania (stosowaną w zależności od charakterystyki materiału odwadnianego),

-          rozładowanie prasy.

W czasie napełniania prasy osad tworzy się na tkaninie filtracyjnej, a filtrat spływa otworkami
w płytach na ramę, znajdującą się pod maszyną. Po zakończeniu fazy filtracji i przemywania osadu następuje (rys. 5) odsunięcie płyty czołowej 1, a następnie kolejno poszczególnych ram i płyt.

Przesuwanie tych elementów odbywa się dzięki ruchowi zaczepów korytkowych 2 napędzanych łańcuchem 3 przez przekładnię łańcuchową 4 i silnik z reduktorem 5. Płyty przesuwają się na prowadnicach 6, natomiast docisk płyt i odsunięcie płyty czołowej realizuje się za pomocą siłownika hydraulicznego 7. Dzięki działaniu zaczepu 8, w czasie rozsuwania płyt następuje ich pochylenie, co ułatwia usunięcie osadu.

Rys. 5.

Na rysunku 6 przedstawiono ręczną prasę filtracyjną komorową. Prasa składa się z szeregu ram 1, których przekrój przedstawiony jest na rysunku. Ramy te specjalnie wykształconymi noskami 2 spoczywają na dźwigarach 3. Wewnętrzna ścieniona część płyt jest dwustronnie rowkowana, przy czym rowki połączone są kanałami odpływowymi umieszczonymi w dolnych zgrubieniach ram. Kanały odpływowe zamknięte są kranami 4. Pierwsza płyta oporowa 5 zaopatrzona jest w rurociąg doprowadzający wstępnie zagęszczony muł do wnętrza prasy. Druga płyta oporowa 6 służy do ściśnięcia zespołu ram filtracyjnych za pomocą śruby dociskowej 7. Ramy filtracyjne osłonięte są
z obu stron sitem plecionym 8 lub specjalnymi tkaninami filtracyjnymi z włókien sztucznych. W osi płyt znajdują się otwory 9, przez które wprowadza się do komór filtracyjnych 10 muł pod ciśnieniem  6 atm. i więcej. Woda zawarta w mule pod wpływem ciśnienia przepływa przez sito do rowków
w płytach, a następnie kanałami na zewnątrz do koryta wodnego 11. Napełnianie komór filtru trwa aż do momentu wzrostu ciśnienia powyżej ustalonego ciśnienia roboczego i wówczas pompę wyłącza się. Odwadnianie trwa nadal, aż do momentu  ustania obciekania wody. Dokładność odwadniania można zwiększyć przez wtłaczanie do prasy sprężonego powietrza. Czas trwania odwodnienia wynosi od 45 minut do 2 godzin.

Po zakończeniu procesu odwadniania odkręca się śrubę dociskową 7 i kolejno odsuwa płyty, usuwając odwodniony muł do koryta (lub innego urządzenia) znajdującego się pod prasą filtracyjną. Po oczyszczeniu komór prasę ponownie się składa i przygotowuje do następnego cyklu.

Rys. 6.

IV. PŁÓTNA (TKANINY) FILTRACYJNE.

W zakres wchodzą:

·         tkaniny i włókniny (PP, PA, PES) do filtracji mokrej, odpylania i oczyszczania powietrza

·         płótna filtracyjne do większości urządzeń przemysłowych (pras filtracyjnych, filtrów zagęszczających, błotniarek, filtrów workowych, cedzideł, filtrów odpylających, itd.)

·         taśmy do pras ciągłych

·         filtry kieszeniowe i kasetowe do oczyszczania powietrza

Przegroda filtracyjna (tkanina lub włóknina) powinna zapewnić odpowiednią klarowność filtratu, odpowiednią wydajność filtracji oraz łatwe usuwanie osadu. Wybór odpowiedniej przegrody stanowi ważne zagadnienie nie tylko ze względów jakościowych, ale także i ekonomicznych. Źle dobrana przegroda może bowiem doprowadzić do zarastania elementów filtracyjnych osadem (w przypadku przegród o zbyt dużej przepuszczalności), lub znacznie spowolnić proces filtracji (przegroda o zbyt małej przepuszczalności). Idealna przegroda powinna zapewniać przesącz o doskonałej klarowności, przy możliwie największej szybkości przepływu, a także powinna być wytrzymała mechanicznie oraz wykazywać wysoką odporność na warunki w jakich pracuje.

W doborze przegród filtracyjnych należy uwzględnić:

·         typ aparatu filtracyjnego

·         powierzchnię filtracyjną urządzenia

·         wymaganą wydajność

·         wymagania w zakresie wytrzymałości mechanicznej, przepuszczalności i parametrów fizykochemicznych środowiska

Do najważniejszych właściwości przegród, na podstawie których można dokonać optymalnego doboru należą:

·         surowiec

·         rodzaj splotu

·         odporność mechaniczna

·         elastyczność

·         wytrzymałość na zrywanie

·         wytrzymałość na zmiany ciśnienia

·         odporność na działanie temperatury

·       ...