Подбор фильтротканей для ГПФ путем моделирования процесса фильтрации

Михаил Малев — директор направления фильтрации компании АО «Нордфелт».




Горизонтальные пресс-фильтры — востребованное оборудование для золотодобывающих предприятий

Горизонтальный пресс-фильтр представляет собой оборудование периодического действия для разделения пульпы на фильтрат и шлам с помощью напора — суспензия закачивается в фильтр-пресс и обезвоживается под давлением.

Участки золотодобычи могут быть укомплектованы различными фильтр-прессами, классифицирующимися по назначению, габаритам, конструкции, типам механизации и автоматизации.

Фильтр-прессы применяются в разных отраслях производства и заняли прочную позицию в золотодобыче. Благодаря им производство становится безопасным и экологичным, а вместе с этим — более эффективным.

При активном импортозамещении наша компания столкнулась с валом запросов на подбор фильтротканей и проведение опытно-промышленных испытаний, раньше эта работа проводилась планомерно, а во второй половине 2022 г. за короткий срок необходимо было заново подобрать практически 80 % имеющихся технических решений. Остро встал вопрос сокращения периода подбора, и специалисты технической поддержки Nordfelt стали искать варианты для реализации этой задачи. Одним из вариантов стала установка для моделирования процесса фильтрации.

Рис. 1. Установка «ФильтрТест» АО «Нордфелт» 

С оборудованием и образцами фильтротканей мы выезжаем на предприятие и совместно со специалистами клиента за 2–5 дня проводим испытания, которые при обычных условиях занимают от 4 до 6 месяцев. Расскажу подробнее.

Сокращение времени на испытания благодаря моделированию процесса фильтрации непосредственно на площадке

Установка представляет из себя металлический сосуд из нержавейки, он разборный и состоит из 3 частей: донышко, обечайка и крышка. На донышко сосуда устанавливается фильтрующая перегородка — образец подбираемой ткани диаметром 110 мм. Далее устанавливается обечайка, ткань прижимается к донышку, имитируя установку салфетки на плиту, с помощью специальных прокладок обеспечивается герметизация. Мерной посудой в обечайку заливается пульпа той температуры, что и на производстве. Далее обечайка закрывается крышкой, через которую с помощью редуктора подается давление — это рабочее давление, при котором идет процесс фильтрации на предприятии (рис. 1).

Рис. 2. Кек, сформированный после окончания цикла фильтрации на установке 

Основные компоненты установки:
1. Манометр электронный.
2. Шланг подвода воздуха под давлением от компрессора с регулятором давления.
3. Рабочая камера.
4. Фильтрующая ячейка с фильтровальной тканью.
5. Штуцер отвода фильтрата.
6. Воздушный кран, для перекрытия подачи воздуха под давлением.

Краники в установке служат для закачки воздуха, чтобы обеспечить давление и для спуска отфильтрованной пульпы.

После заливки пульпы открывается кран давления воздуха, а в нижней части открывается кран для выпуска фильтрата. С момента открытия крана измеряется время фильтрации. Далее мы фиксируем время, когда процесс фильтрации завершен. На основании этих измерений можно определить скорость фильтрации, то есть производительность материала.

Рис. 3

По итогам прохождения пульпы через образец ткани на ее поверхности образуется кек (рис. 2), мы измеряем его вес и отдаем в лабораторию на определение влажности и других параметров если это необходимо (остаточное содержание тех или иных продуктов, например).

Добиваемся максимального приближения к реальным условиям путем моделирования в условиях предприятия (пульпа отбирается на площадке)

Все работы мы проводим на предприятии заказчика, пульпу набираем на требуемом участке фильтрации.

Образцы подобранных нами фильтротканей и штатная ткань (для сравнения) устанавливаются в лабораторную установку, через которую прогоняется пульпа с производства. Настройки давления при фильтрации на лабораторной установке выставляются те же, что и при фильтрации через действующий ГПФ, поддерживается температура пульпы и другие параметры, если это необходимо. Если кроме фильтровальной ткани на салфетках применяется подкладочная, дренажная ткань или сетка, мы также ее устанавливаем в лабораторную установку, максимально приближая процесс фильтрации к производственному.

Рис. 4

Важный фактор — это количество циклов фильтрации пульпы через отобранные образцы тканей. Конечно, чем их больше — тем точнее измерения, но это трудоемкий процесс, поэтому основополагающим является необходимое число циклов для выхода ткани на рабочий режим.

При установке новой ткани на ГПФ на ее поверхности формируется намывной слой и после этого фильтрация идет как через ткань, так и через этот намывной слой — это и есть выход фильтроткани на рабочий режим. Очень важно сколько циклов требуется для выхода на рабочий режим — 1, 10 или 100, от этого будет зависеть точность и длительность испытаний, т.к. измерения на лабораторной установке необходимо проводить после выхода ткани на рабочий режим.

По итогам моделирования и лабораторных испытаний выбираются перспективные образцы тканей в сравнении со штатными

Изначально важно понимать какие задачи стоят перед заказчиком и какая приоритетность у этих задач. Например, необходимо повысить производительность фильтрации и при этом не критично увеличить мутность фильтрата, а возможно максимально важно снизить влагу кека.

Рис. 5

Именно на основании поставленных задач подбираются образцы ткани для испытания в лабораторной установке или на ГПФ, фиксируются достигнутые результаты, происходит последующий выбор перспективных образцов.

Все результаты наших измерений открыты для наших клиентов. Более того, мы обсуждаем с техническими специалистами заказчика полученные результаты, делимся своими предложениями и рекомендациями по выбору перспективных образцов ткани, внимательно прислушиваемся к предложениям.

По своему опыту в реализованных испытаниях могу сказать, что вовлеченность лаборатории, технологов со стороны заказчика достаточно высока, понимание взаимозависимости параметров предложенных тканей и полученных результатов по итогам моделирования не оставляют равнодушным участников процесса.

Сравнение со штатным материалом

Очень важно сравнивать результаты, полученные после фильтрации на лабораторной установке штатной ткани и предлагаемых образцов.

Потому что, как бы мы ни старались полностью смоделировать процесс, могут быть различия между лабораторным тестированием и промышленной эксплуатацией.

Если же мы прогоняем штатную ткань и предлагаемые образцы через лабораторную установку, мы заведомо создаем для них одинаковые условия, а значит результаты испытаний и их сравнение будут более объективными.

№	Артикул	Наименование	Содержание Р2О5 после отмывки, %	Остаточная влажность кека, %	Прозрачность фильтрата, %	Удельная прозводительность по фильтрату, л/(с х дм2)
1	Штатная	Ткань фильтровальная, тканая	6,20	37,4	28,80	0,018
2	CH.5.FF.AV	Ткань фильтровальная, тканая	2,09	35,8	51,17	0,015
3	CS.11.FF.AV	Ткань фильтровальная, тканая	2,55	33,9	70,04	0,012

Табл. 1. Основные показатели рекомендуемых тканей АО «Нордфелт» по сравнению со штатной 

По итогам моделирования, в ходе лабораторных испытаний, могут быть рекомендованы несколько отобранных образцов и выданы рекомендации с точным указанием какие именно параметры должны быть изменены.

Клиент получает подробный отчет об эффективности работы материалов и рекомендации по выбору

После проведения серии измерений параметры для каждого цикла и типа тканей заносятся в матрицу данных. Проводится анализ исходя из приоритетных задач, поставленных заказчиком, выдается подробный отчет по каждому параметру, по каждой ткани, и итоговый вывод об эффективности работы материалов с рекомендациями.

Cравнением рабочих параметров и технических данных испытанных образцов тканей

По показателю прозрачность (рис. 3) все предложенные ткани АО «Нордфелт» достигли результатов выше, чем у штатной ткани. Лучшими являются ткани с артикулами CS.11.FF.AV и CH.5.FF.AV (показатели лучше штатной ткани в 2,43 и 1,78 раза соответственно).

Рис. 6

По показателю остаточной влажности (рис. 4) кека три из четырех предложенных АО «Нордфелт» тканей достигли результатов выше, чем у штатной ткани, один из артикулов ткани уступает штатной, при этом лучшими являются ткани с артикулами CS.11.FF.AV и CX.10.FF.AV (показатели лучше штатной ткани на 6,2 и 2,6 % соответственно).

По показателю содержания Р2О5 (рис. 5) после промывки кека три из четырех испытанных тканей достигли результатов выше, чем у штатной ткани, один из артикулов ткани уступает штатной, при этом лучшими являются ткани с артикулами CS.11.FF.AV, IA.1.FF.AV и CH.5.FF.AV (показатели лучше штатной ткани в 2,97, 2,63 и 2,43 раза, соответственно).

№	Артикул	Наименование	Поверхностная плотность, г/м2	Толщина, мм
1	Штатная	Ткань фильтровальная, тканая	230	0,4
2	CH.5.FF.AV	Ткань фильтровальная, тканая	430	0,6
3	CH.11.FF.AV	Ткань фильтровальная, тканая	520	0,9

Табл. 2. Основные технические данные рекомендуемых тканей АО «Нордфелт» по сравнению со штатной

По показателю удельной производительности по фильтрату (рис. 6) все испытанные ткани несколько уступают штатной, при этом лучшими являются ткани с артикулами IA.1.FF.AV и CH.5.FF. AV (показатели хуже штатной ткани на 5,6 и 16,7 %, соответственно).

Итоги и выводы

Так как основными критериями подбора тканей является прозрачность фильтрата (чем выше, тем лучше) и содержание Р2О5 после промывки кека (чем ниже, тем лучше) лучшими из рекомендованных тканей являются артикулы CS.11.FF.AV и CH.5.FF.AV.

Ожидаемый результат: увеличение прозрачности фильтрата и снижение потерь полезного продукта при промывке кека более чем в два раза, при этом возможно небольшое снижение производительности (табл. 1).

Также в пользу выбора тканей артикулов CS.11.FF.AV и CH.5.FF.AV. говорит тот факт, что они обладают большей поверхностной плотностью и толщиной по сравнению со штатной, что ожидаемо положительно скажется на устойчивости к механическому износу (табл. 2).

Рекомендуются дальнейшие испытания на фильтре, полностью экипированном салфетками из подобранных тканей CH.5.FF.AV и CS.11.FF.AV.

Не бывает идеальной ткани, которая позволяет решить одновременно все поставленные задачи — увеличить производительность, вместе с этим увеличить чистоту фильтрата и снизить влажность кека, т.к. это по сути взаимоисключающие требования. Аналитические выводы, которые мы предоставляем клиенту, позволяют увидеть разницу в эффективности тканей по каждому критерию и выбрать ту, которая будет решать приоритетную задачу максимально эффективно.

Таким образом моделирование процесса фильтрации может позволить сократить время на подбор от двух до четырех месяцев и вывести на испытания фильтроткани, максимально соответствующие поставленным заказчиком задачам.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 2 (60)/июнь 2023 г.