Filtry prasowe dla przemysłu wydobywczego

• 1. Wprowadzenie
• 2. Suszenie mechaniczne za pomocą pras filtracyjnych
• 3. Zastosowanie prasy filtracyjnej w górnictwie
• 4. Łączne stosowanie systemów DAF i filtrów prasowych
• 5. Podsumowanie

1. Wprowadzenie

Filtry prasowe to technologia separacji ciał stałych od cieczy, stosowana do mechanicznego osuszania szlamów, która znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, w tym w górnictwie.

W przemyśle wydobywczym prasy filtracyjne są powszechnie stosowane do zagospodarowania odpadów poflotacyjnych, odwadniania szlamów, odzyskiwania metali oraz recyklingu wody.

Dzięki zdolności do odwadniania osadów, odzyskiwania cennych cieczy i substancji stałych oraz zmniejszania objętości odpadów, prasy filtracyjne nie tylko zwiększają wydajność procesów, ale także pomagają przedsiębiorstwom z sektora górniczego obniżyć koszty operacyjne i spełnić wymogi przepisów dotyczących ochrony środowiska.

Technologia ta znajduje również zastosowanie w recyklingu i składowaniu odpadów niebezpiecznych. Przykładem są przesiane popioły zawierające metale ciężkie pochodzące ze spalarni, które rozpuszcza się w kwasie solnym. Powstały szlam wodorotlenkowy jest neutralizowany i poddawany recyklingowi w postaci stałego osadu poprzez mechaniczne suszenie w prasach filtracyjnych. To samo dotyczy przemysłu wydobywczego, którego ścieki zawierają duże ilości metali ciężkich o różnym stopniu toksyczności.

W górnictwie filtr prasowy wykorzystuje się do odwadniania szlamów węglowych i innych minerałów, co pozwala uzyskać suche substancje stałe o wysokiej czystości. Znajduje on również zastosowanie w procesie wydobycia metali, takich jak żelazo, ołów, miedź, cynk, złoto itp.

2. Suszenie mechaniczne za pomocą filtrów prasowych

Filtr prasowy to urządzenie zamontowane na konstrukcji nośnej, składające się z zestawu komór wyposażonych w tkaniny filtracyjne. Szlam jest podawany za pomocą pompy pneumatycznej, co pozwala uniknąć problemów eksploatacyjnych, które mogłyby wynikać ze znacznej ilości cząstek stałych obecnych w filtrowanej cieczy.

Kolektor kieruje strumień szlamu do poszczególnych komór prasy filtracyjnej. Komory te są zazwyczaj wykonane z tworzyw sztucznych, a wewnątrz nich umieszczone są tkaniny filtracyjne w taki sposób, że w każdej komorze tworzy się placki z odwodnionego szlamu.

Woda odprowadzona jest zbierana po przeciwnej stronie po przejściu przez filtr. W ten sposób tkaniny filtracyjne oraz gromadzący się osad sprzyjają wzrostowi ciśnienia, zwiększeniu stężenia oraz tworzeniu się placków osadowych. 

Filtry prasowe zazwyczaj pracują przy ciśnieniach wahających się od 6 do 16 barów, a nawet wyższych. Stężenie szlamu wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia, a celem jest uzyskanie jak największego stopnia odwodnienia. Granicę ciśnienia filtra ustala się na podstawie analizy i badań próbki w laboratorium.

Wyładunek brykietów jest bardzo prosty. Wystarczy rozprężyć układ elektrohydrauliczny, który utrzymuje płyty w pozycji zamkniętej, a następnie otworzyć je i rozsunąć, aby brykiety spadły do przylegającego zbiornika pod wpływem własnej masy.

Aby zoptymalizować proces zbierania osadu suchego, montuje się systemy rozdrabniania placków, co pozwala zmniejszyć objętość zajmowaną wewnątrz zbiorników zbiorczych.

Filtry prasowe zazwyczaj instaluje się na zewnątrz i są one wyposażone w daszek, który zapobiega przedostawaniu się wody deszczowej do zbiornika osadu.

Konserwacja tego rodzaju filtrów jest bardzo prosta, ponieważ polega jedynie na odpowiednim czyszczeniu tkanin przymocowanych do płyt. W tym celu należy je regularnie czyścić, albo poprzez mycie w obiegu zamkniętym, albo poprzez demontaż i czyszczenie osobno.

3. Elementy składowe prasy filtracyjnej

Podstawowe elementy składające się na prasę filtracyjną to:

• Rama: jest to konstrukcja, która tworzy i podtrzymuje cały zespół prasy filtracyjnej.
• Komory filtra: są to przestrzenie między płytami filtracyjnymi. Pełnią one rolę formy dla osadu, który gromadzi się w ich wnętrzu. 
• Tkaniny filtracyjne: są to tkaniny wykonane z tworzyw sztucznych (PP, poliester, poliamid itp.), które przepuszczają ciecz. Działają one jak filtry, zatrzymując zawieszone cząstki stałe.
• Zespół elektrohydrauliczny: zespół płyt pozostaje zamknięty przy wysokich ciśnieniach dzięki działaniu zespołu elektrohydraulicznego, który wykorzystuje tłok centralny do dociskania zespołu komór.
• Zbiorniki: są to przewody, zazwyczaj wykonane z tworzyw sztucznych, przeznaczone do zbierania wody odprowadzanej do filtra po przefiltrowaniu osadu przeznaczonego do odwadniania.

4. Zastosowania w przemyśle wydobywczym

W górnictwie prasy filtracyjne stosuje się głównie do:

• Odzysk metali szlachetnych.
• Odwadnianie osadów.
• Obwody wykorzystania i recyrkulacji wody odprowadzonej.

Po odciskaniu można przystąpić do odzyskiwania metali, ponieważ osad filtracyjny będzie miał niską zawartość wody.

Filtry prasowe znajdują szerokie zastosowanie na różnych etapach przetwarzania minerałów, m.in.:

• Postępowanie z odpadami niebezpiecznymi: W procesie oczyszczania zanieczyszczonych ścieków prasy filtracyjne przyczyniają się do usuwania cząstek stałych i metali ciężkich przed ich odprowadzeniem lub ponownym wykorzystaniem.
• Przetwarzanie odpadów kopalnianych: Odpady kopalniane to zbiór odpadów powstających w wyniku procesów wydobywczych, pochodzących z wzbogacania rud. Zazwyczaj składają się one z mieszanki rozdrobnionych skał, wody i minerałów ubocznych.
• Koncentracja minerałów: W procesie wydobycia metali szlachetnych i innych minerałów prasy filtracyjne pomagają odzyskać wodę i uzyskać bardziej suche koncentraty.
• Odzysk wody: Efektywność w zakresie odzyskiwania wody ma kluczowe znaczenie dla ograniczenia zużycia wody i zminimalizowania wpływu działalności górniczej na środowisko.

Najczęściej stosowane typy pras filtracyjnych w górnictwie

W górnictwie stosuje się różne rodzaje pras filtracyjnych, przy czym najczęściej wykorzystuje się:

• Filtry płytowo-ramowe: Stosowane w procesach, w których wymagana jest wydajna i szybka separacja.
• Filtry membranowe: Wyposażone są w elastyczne membrany pneumatyczne, które poprawiają odwadnianie i zmniejszają zawartość wilgoci w osadzie.
• Filtry taśmowe: Służą do ciągłego filtrowania dużych ilości szlamu o wysokiej zawartości wilgoci.
• Filtry prasowe wysokociśnieniowe: Nadają się do uzyskania placka o minimalnej zawartości wilgoci, co pozwala zoptymalizować transport i utylizację odpadów.

We wszystkich przypadkach urządzenia te mogą działać w trybie ręcznym, automatycznym lub półautomatycznym, w zależności od takich czynników, jak:

• Cykle filtrowania
• Rozmiary filtrów
• Przepływ i ładunek zrzutów
• Problemy operacyjne, takie jak toksyczność i wysoka temperatura odpadów.

5. Zalety pras filtracyjnych w górnictwie

Odzysk metali za pomocą pras filtracyjnych ma istotne zalety w porównaniu z innymi metodami, takimi jak suszenie termiczne, filtry taśmowe czy wirówki, a wśród nich na szczególną uwagę zasługują:

Większa wydajność w oddzielaniu substancji stałych od cieczy

Filtry prasowe zapewniają optymalną separację wody w porównaniu z filtrami taśmowymi lub wirówkami, pozwalając uzyskać bardziej suche osady (o wyższej zawartości suchej masy). Zmniejsza to ilość wody zatrzymanej w odpadach i poprawia odzysk cennych metali.

Niższe zużycie energii

• W porównaniu z suszeniem termicznym prasy filtracyjne nie wymagają dużych ilości energii do oddzielania wody, co sprawia, że są bardziej wydajne i ekonomiczne.
• Wirówki wymagają silników o dużej prędkości obrotowej, dlatego prasy filtracyjne charakteryzują się mniejszym zużyciem energii i osiągają większą wydajność odwadniania.

Większy odzysk metali

• Umożliwiają one skuteczniejsze odzyskiwanie drobnych cząstek metali w porównaniu z filtrami taśmowymi i wirówkami.
• Są idealne do procesów hydrometalurgicznych, w których dąży się do maksymalizacji odzysku metali z roztworów wodnych.
• Zmniejsza się objętość zajmowana przez materiały niebezpieczne, takie jak metale toksyczne, co ułatwia ich transport i zmniejsza wpływ na środowisko.

Większa zdolność dostosowania się do różnych rodzajów osadów

• Filtry prasowe mogą przetwarzać osady o wysokim stężeniu substancji stałych.

Niższe koszty eksploatacji i konserwacji

• Wymagają niewielkiej konserwacji, a ich obsługa jest prosta.

Wyższa jakość odzyskanej wody

Ścieki powstające w wyniku procesu filtracji charakteryzują się mniejszą mętnością i mniejszą zawartością cząstek stałych w zawiesinie, co ułatwia ich ponowne wykorzystanie w obiegu wydobywczym lub odprowadzenie bez konieczności dodatkowego oczyszczania.

6. Połączenie systemów DAF z prasą filtracyjną

W wielu przypadkach osad oddzielony w osadniku ma stężenie, które rzadko przekracza 2% suchej masy (SM). Takie stężenie osadu jest zbyt niskie, aby można go było osuszyć w prasie filtracyjnej, dlatego konieczne jest zainstalowanie zagęszczacza pośredniego.

Zagęszczacz to urządzenie o znacznych rozmiarach i wysokim koszcie, wymagające zbiornika, odpowiednich układów mechanicznych oraz pomp przelewowych. Szlam zagęszczony w tych urządzeniach osiąga zazwyczaj stężenie suchej masy od 4% do 6%, co uznaje się już za odpowiednie do przetworzenia w urządzeniu do suszenia mechanicznego.

Szlam ten jest gromadzony w zbiorniku akumulacyjnym i wprowadzany do prasy filtracyjnej za pomocą pompy pneumatycznej. W razie potrzeby dodaje się środki koagulujące i flokulanty.

Chociaż osady pochodzące z górnictwa mają zazwyczaj wysoką gęstość, proces flotacji powietrzem rozpuszczonym może znaleźć zastosowanie w tej branży, zwłaszcza w przypadku lżejszych osadów, ponieważ pozwala on zwiększyć ich stężenie przed poddaniem ich suszeniu mechanicznemu i zapewnia większą skuteczność w oddzielaniu zawiesin stałych od odpadu.

Jeśli zamiast instalacji do klarowania przez sedymentację zdecyduje się na montaż systemu DAF, można zrezygnować z pośredniego zagęszczania, ponieważ osad uzyskany w systemie DAF charakteryzuje się wyższym stężeniem suchej masy. System DAF oferuje następujące zalety:

• Oszczędność osprzę wyposaż wyposażenia wyposażenia
• Nie ma potrzeby montowania zagęszczacza.
• Większa wydajność w oddzielaniu zawiesin stałych.
• W ten sposób uzyskuje się wodę o lepszej jakości.

Jeśli spojrzymy na to z ekonomicznego punktu widzenia, nie ma dużej różnicy w nakładach inwestycyjnych i kosztach eksploatacji między tymi dwoma systemami, ponieważ system DAF wymaga dodatkowego wyposażenia do zwiększania i zmniejszania ciśnienia dostarczanego powietrza.

7. Podsumowanie

Oddzielanie substancji stałych od płynnych ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia odzysku cennych minerałów w przemyśle wydobywczym. Dużym wyzwaniem w tej branży jest skuteczne gospodarowanie osadami powstającymi podczas przetwarzania minerałów. Zastosowanie pras filtracyjnych pozwoliło wielu przedsiębiorstwom wydobywczym zoptymalizować procesy odzyskiwania metali i zmniejszyć ilość wytwarzanych odpadów.

Filtr prasowy to urządzenie służące do separacji faz stałej od ciekłej, wykorzystujące szereg płyt i tkanin filtracyjnych do usuwania wody z osadów powstających w procesach górniczych. Działa ono poprzez wywieranie ciśnienia na układ komór, które są stopniowo wypełniane szlamem, co umożliwia filtrację cieczy i pozostawia stały osad o znacznej suchości.

Dzięki zastosowaniu tej technologii przetwarzane i odzyskiwane są między innymi:

• Ścieki z odpadów poflotacyjnych
• Koncentraty
• Ruda miedzi
• Ruda złota, ruda żelaza
• Ruda ołowiu i cynku
• Ścieki z kamienia
• Węgiel
• Ruda tytanu
• Odpady
• Żużel
• Kaolin
• Ceramika
• Inne minerały nieżelazne i niemetaliczne.

Jego wdrożenie usprawnia działalność górniczą i przyczynia się do bardziej zrównoważonego i odpowiedzialnego pod względem środowiskowym wydobycia.

Filtry prasowe są preferowanym rozwiązaniem w górnictwie ze względu na ich wydajność w zakresie:

• Odzysk metali.
• Niższe zużycie energii.
• Lepsze dostosowanie do różnych rodzajów szlamu.
• Niższe koszty operacyjne.

Chociaż inne technologie, takie jak suszenie termiczne, filtry taśmowe i wirówki, mają swoje konkretne zastosowania, to jednak filtry prasowe zapewniają lepszy stosunek kosztów do korzyści w zakresie odwadniania i odzyskiwania metali w przemyśle wydobywczym.

Źródła i bibliografia

Filtry prasowe do osuszania osadów ściekowych

Jak filtry prasowe poprawiły wydajność w różnych branżach | Ferotex