Opis odwadniania zawiesiny zrzutowej po wirówce filtracyjno-sedymentacyjnej BIRDa modelem SORENSENA

Nowoczesne technologie odzysku węgla z flotokoncentratów opierają się zwykle na intensywnych metodach separacji fazowej, zwłaszcza na dekantacji lub filtracji wirowej, ewentualnie filtracji ciśnieniowej z pominięciem lub znaczącym ograniczeniem węzła suszenia. Ze względu na duże strumienie mediów ma to decydujące znaczenie w rachunku kosztów. Niestety po wirówkach filtracyjnych lub dekantacyjnych generowana jest zawiesina zrzutowa, zawierająca najmniejsze frakcje ciała stałego (węgla), które nie są zatrzymywane w trakcie separacji. Ponieważ koncentracja tych frakcji rośnie z czasem, a do niektórych operacji czy procesów wymagana jest faza ciekła o określonej (bardzo niskiej) zawartości fazy stałej, taka zawiesinę należy traktować jako uciążliwy odpad i cyklicznie odprowadzać z produkcji. W ten sposób nie tylko muszą być ponoszone koszty uzupełniania wody obiegowej, ale ciało stałe, zawierające ponad 80% węgla, które mogłoby być użyte jako paliwo, jest bezpowrotnie tracone. Dodatkowym problemem, związanym z ekologią, jest konieczność deponowania takich zrzutów. W wypadku filtrowania flotokoncentratów na filtrach próżniowych lub na prasach filtracyjnych uzyskany filtrat jest zwykle na tyle klarowny, że może być zawracany do obiegu, natomiast przy dużych strumieniach flotokoncentratów użycie metod o stosunkowo małych modułach napędowych procesu (czyli niskich ?P) staje się nieracjonalne ze względu na konieczność użycia dużej ilości takich urządzeń. Zdecydowaną przewagę ma wówczas metoda filtracji lub dekantacji wirowej, jednak o jej użyciu decyduje rachunek kosztów głównie koszty inwestycyjne urządzeń odwadniających, a więc dekantera czy wirówki filtracyjnej). Jak podano w [1], prócz użycia intensywnych metod odwadniania istnieje jeszcze możliwość przyspieszenia rozdziału poprzez modyfikację składu ziarnowego zawiesiny np. poprzez użycie flokulantów, przez co separacja staje się łatwiejsza. Ponieważ strumienie poddawane przeróbce są bardzo duże (odpowiadają one strumieniom flotokoncentratu pomniejszonym o ilość odzyskanego po wirówce wilgotnego ciała stałego), a koncentracje ciała stałego relatywnie niskie (rzędu kilku procent) pojawia się jeszcze jedna możliwość zmniejszenia kosztów węzła odzysku ciała stałego z zawiesiny zrzutowej, poprzez zmniejszenie ilości zawiesiny zrzutowej do urządzeń separujących fazy mechanicznie. Można to zrealizować poprzez skierowanie strumienia zrzutu do odstojnika i poddawanie separacji (np. na drodze filtracji ciśnieniowej czy wirowej) szlamu lub zawiesiny zagęszczonej i powtórnym użyciu cieczy klarownej w obiegu technologicznym. Wreszcie można metody te skojarzyć, np. kierować do odstojnika zawiesinę zrzutową, do której dodawany byłby flokulant i filtrować szlam po odstojniku. W każdym wypadku należy wcześniej zebrać dane, które pozwolą ocenić możliwości techniczne zmiany technologii. Do danych tych należą m.in.: - właściwości fizyczne zawiesiny zrzutowej, czyli gęstość zawiesiny, filtratu, ciała stałego, koncentracja fazy stałej, zawartość soli w odzyskanej fazie stałej i w filtracie, klarowność filtratu przy różnych sposobach rozdziału fazowego, pH zawiesiny; - własności sedymentacyjne i skład ziarnowy, w tym czas krytyczny sedymentacji, średnia średnica arytmetyczna, kształt ziaren; - własności filtracyjne, w tym stałe filtracji klasycznej przy różnych różnicach ciśnień, porowatość graniczna, współczynnik podatności porowatości na ciśnienie procesowe, współczynnik ściśliwości, opór właściwy i wilgotność osadu po długim czasie kompresji itp. Podstawową kwestią w badaniach jest stwierdzenia, czy proces separacji odpowiada tzw. filtracji osadowej, czy też występuje jakiś inny mechanizm rozdziału [2],[3] oraz wyznaczenie tzw. parametrów filtracyjnych, niezbędnych w modelowaniu procesu i przenoszeniu skali. Modelowanie pozwala określić ilość filtratu i powstałego osadu dla zadanego ciśnienia i czasu rozdziału, zarówno w trakcie filtracji, jak i w strefie kompresji osadu podczas periodycznej filtracji ciśnieniowej. Ponieważ dotyczy ono wyłącznie określonej zawiesiny, wymaga to przeprowadzenia odrębnych badań dla każdej z analizowanych zawiesin, zarówno pierwotnych, jak i z dodatkiem flokulantu. Niezależnie od tego trzeba wiedzieć, w jakiej fazie procesu pobierano zawiesinę do badań, jako że inne właściwości ma zawiesina bezpośrednio po wymianie wody obiegowej, a inne w momencie, gdy ilość ciała stałego w zasadzie uniemożliwia jej dalsze użycie. W niniejszej pracy zebrano dane pozwalające na modelowanie procesu dla dwu dostaw zawiesiny zrzutowej bez dodatku flokulantu (nazwanych jako "Dostawa I" i "Dostawa II") oraz dla dostawy I i II z dodatkiem flokulantów Magnaflog 336, Magnaflog 333, Magnaflog 156 i Magnaflog 919. Sposób preparowania flokulantów, ich rodzaj i dawka wynikały z danych firmy CIBA [4] oraz informacji uzyskanej od dr hab. inż. Andrzeja Gierczyckiego [5].

Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne, nauki ścisłe i przyrodnicze
Dyscypliny: inżynieria środowiska, górnictwo i energetyka, nauki o ziemi i środowisku