Вакуум-фильтры,

применяемые для обезвоживания шламов, разбиваются на три группы: дисковые, барабанные и ленточные. Наиболее распространены первые, наименее употребительны вторые.

Дисковый вакуум-фильтр (рис. 24) состоит из полой горизонтального вала с закрепленными на нем вертикально дисками  2. Полость вала 1 разбита на 12 изолированных друг от друга одинаковых секций (каналов). Диски 2 частично погружены в ванну 3 с фильтруемой суспензией. Каждый из них состоит из 12 разобщенных межа собой полых секторов, оснащенных фильтровальным перегородками. Каждая полость сектора соединена с о ним из каналов вала. К торцам вала примыкают распределительные головки: камеры одной из них соединен с вакуум-насосом, а другой — с воздуходувкой. Вал приводится во вращение приводом 4, позволяющим ступенчато изменять его угловую скорость.

Качающаяся рамная мешалка 5 обеспечивает взмучивание фильтруемой суспензии, привод 6 — качание ме­шалки 5. Фильтр снабжен клапаном отдува осадка 7 и ресивером для воздуха 8.

Каждый сектор после погружения в ванну сообщается с находящейся под вакуумом полостью распределитель­ной головки. Под действием вакуума происходит отсасывание влаги через фильтровальную перегородку в по­лость сектора диска. При этом на ткани перегородки отлагается слой осадка. После того как сектор в резуль­тате вращения вала с дисками выходит из ванны, через фильтровальную ткань подсасывается теперь уже воздух, что приводит к подсушке осадка.

Фильтрат удаляется через вакуумное окно головки, и тем самым регенерация ткани осуществляются после того, как полость сектора соединяется с по­лостью находящейся под давлением головки.

Для каждого вида пульпы обычно подбирают соответствующую ей фильтровальную ткань. К этим тканям предъявляются следующие требования: малое сопротивление фильтрации, прочность, жесткость, температуростойкость, устойчивость против коррозии и легкость ре­генерации при удалении осадка в процессе продувки ее сжатым воздухом. В качестве фильтровальной ткани ис­пользуются, например, капроновую ткань. Она недорога, долговечна и хорошо очищается при продувке.

Принцип действия барабанного ячейкового вакуум-фильтра сходен с принципом работы дискового. Бара­банный вакуум-фильтр отличается от дискового тем, что на полый горизонтальный вал вместо дисков насажен цилиндрический барабан с перфорированной поверхно­стью, который снаружи обтянут фильтровальной тка­нью. Внутренний объем барабана разделен перегородками на одинаковые ячейки, герметически изолированные друг от друга. Каждой из них принадлежит участок поверхности барабана, ограниченный двумя его образующими. При вращении барабана ячейки, подобно секторам диска, попеременно присоединяются то к напорной линии нагнетателя, то к линии, связанной с вакуум-насосом.

Ленточные вакуум-фильтры используются преимущественно при обработке крупнозернистых, характе­ризующихся высокой скоростью осаждения твердого осадка шламов.

Фильтрацию осуществляют с помощью замкнутых и наложенных одна на другую резиновой и тканевой лет 3 (рис. 25). В первой проделаны отверстия для протекания сквозь нее фильтрата. На ленты сверху по лотку 2 подается пульпа. Ленты натянуты между приводным 1 и натяж­ным 4 барабанами. В процессе работы аппарата верхняя часть лент движется горизонтально вдоль поверхности специального стола. При этом, благодаря боковым на­правляющим, ленты под тяжестью пульпы деформирова­ны имеют форму желоба.    

Под столом расположена вакуум-камера 5, состоящая из изолированных друг от друга отсеков. Нижняя часть ленты опирается на ролики 6. Образовавшийся в процессе фильтрат стекает через дренажную систему в отсеки, а накопившийся на ленте осадок отделяется от нее ножом.

Основными факторами, влияющими на производи­тельность всех видов вакуум-фильтров, являются гра­нулометрический состав и форма твердых частиц, тип фильтровальной ткани, а также концентрация твердой составляющей в пульпе, толщина осадка и перепад давления в зоне обезвоживания. Добавка полиакриламида в шлам  повышает производительность фильтров на 10-40%.

Чем крупнее частицы пульпы, тем лучше отделяется фильтрат, т. е. быстрее протекает процесс. Тонкодисперсный осадок отличается плохой проницаемостью и, кроме того, плохо отделяется от ткани.

Влажность осадков является одним из регламенти­руемых показателей работы вакуум-фильтров, поскольку осадки эти подлежат дальнейшей обработке, например термической сушке, транспортировке. Уменьшение тол­щины осадка с целью снижения его влажности, как правило, уменьшает удельную производительность ап­парата. Повышение плотности пульпы позволяет созда­вать более равномерный по толщине осадок, что бла­гоприятно сказывается на производительности устано­вок. Последняя растет пропорционально весовой концентрации твердой фазы в пульпе. К росту про­изводительности также приводит увеличение разрежения, создаваемого вакуум-насосом.

Фильтрующие элементы аппарата должны отвечать следующим требованиям: иметь повышенную прочность и жесткость, малое сопротивление фильтрованию, глад­кую и по возможности однородную поверхность, обла­дать легкостью регенерации при удалении тончайших зерен твердой фазы путем продувки ткани, а также об­ладать достаточной температурной и коррозионной стойкостью. Качественные показатели процесса фильтро­вания во многих случаях обеспечиваются при использова­нии капроновой ткани. Она долговечна, дешева и хорошо регенерируется при отдувке осадка сжатым воздухом.

Наиболее совершенными являются пресс-фильтры автоматического действия. УкрНИИхиммаш разработал автоматизированный камерный механизированный): фильтр-пресс ФПАКМ, получивший наибольшее распро­странение в отечественном производстве.

В нижней части фильтра ткань по выходе из межплитового пространства после приводного барабана проходит через камеру регенерации. Затем она направля­ется вверх и, пройдя через роликовое натяжное устрой­ство, смонтированное на верхней опорной плите, посту­пает в межплитовое пространство. К фильтровальным плитам приварены специальные патрубки 6, которые при сжатии плит создают с одной стороны коллектор подачи суспензии, а с другой их стороны — коллектор отвода фильтрата.

Схема установки фильтр-пресса ФПАКМ приведена на рис. 26. Процесс обезвоживания шлама состоит из следующих операций. Вначале с помощью механических или гидравлических зажимов прочно фиксируются фильтровальные плиты, образуя замкнутую полость. За­тем последовательно открывается клапан напорного кол­лектора, включается  полностью заполняет­ся ею. В связи с ростом давления в этом объеме начинается процесс фильтрования и фильтрат поступает в сборник 4. По окончании процесса клапан коллектора закрывается, насос останавливается включается насосная пая установка 5, которая подает воду для от жима осадка диафрагмой. По окончании отжима воду отключают и подают сжатый воздух для просушки осадка. По завер­шении этого процесса фильтровальные плиты разжима­ются, включается привод перемещения ткани и осадок выгружается на ленточный конвейер 3. В период выгруз­ки осуществляется также регенерация ткани. Далее про­цесс повторяется.

Наиболее употребительные (рекомендуемые) интерва­лы параметров работы фильтр-пресса ФПАКМ: темпера­тура пульпы 5 — 70 °С, концентрация твердого в пульпе 10 — 500 г/л, крупность частиц 3 мм. ФПАКМ получили широкое распространение при обезвоживании шламов, образующих осадки повышенной влажности, плохо от­деляющиеся от фильтровальных перегородок. Для обеспечения эффективной рабо­ты ФПАКМ необходимо соблюдать определенные условия, которые не всегда учитывают при разработке проектов подготовки шламов к утилизации. Во-первых, ФПАКМ целесообразно применять для обезвоживания осадков с концентрацией твердого менее 10 — 20 т/л. Во-вторых, суспензия должна быть жидкотекучей, а концентрация в ней маслопродуктов не превышать 0,03%; в-третьих, в ней не должно быть частиц крупнее 3 — 5 мм (для отделения крупных фракций рекомендуется установка ло­вушек на питающем трубопроводе). Нормальная работа ФПАКМ во многом зависит от правильности обвязки его технологическими трубопроводами: на линиях отвода фильтрата не должно образовываться подпоров, так как они нередко приводят к появлениям течей из аппаратов. Целесообразно отводить фильтрат от каждого аппарата по своей линии.

При большом количестве аппаратов можно отводить фильтрат в общий трубопровод достаточной пропускной способности для обеспечения безнапорного течения. Это особенно важно при отводе воздуха после просушки осадка в этот же трубопровод. Свободный объем внутри линии над поверхностью фильтрата — должен обес­печить падение давления отходящего из фильтра воздуха практически до атмосферного [расход воздуха при про­сушке 0,5 м3/(м2-мин), продолжительность операции 1-1,5 мин]. В схеме обвязки имеются специальная ем­кость и линия подачи суспензии, сбрасываемой из коллек­тора подачи во время его продувки. При наличии группы фильтров такие линии необходимо выполнять индивиду­альными для каждого фильтра. Сброс из коллектора может быть отведен непосредственно в емкость исходной суспензии, снабженную отдушиной с трубой диаметром 100 — 120 мм, выведенной выше крыши здания. Следует отметить, что фильтр-прессы ФПАКМ вызвали интерес за рубежом: их закупает ряд иностранных фирм, а фирмы «Хэш» (ФРГ), «Ларокс ОЙ» (Финляндия) и «Цукисима-кикай» (Япония) закупили лицензии на право их про­изводства. Фильтр-прессы широко применяются за рубе­жом. Так, фирма «ЛароксОй» выпускает для обез­воживания сталеплавильных и ферросплавных шламов камерные фильтр-прессы, а фирма «Эдварде и Джонс» (Англия) для обезвоживания отходов углеобогащения применяет камерные фильтр-прессы с плитами из литой резины, армированной сталью, и фильтровальной тка­нью из полипропилена, нейлона, рилсана (поверхность фильтрования до 984м2, толщина осадка 20 — 40 мм, его влажность 20 — 27 %, рабочее давление <0,7 — 2 МП а).

Шламовая пульпа подается по питающей трубке 1 в ко­льцевую камеру между фильтровальным элементом и ре­зиновой диафрагмой. После этого во внешнюю камеру между резиновой диафрагмой и внешней трубой по системе трубопроводов 11 подается под давлением жидкость, которая передает давление через диафрагму на пульпу, в связи с чем и осуществляется процесс фильтрования, при котором на элементе 7 формируется слой осадка.

Фильтрат, накапливающийся внутри внешней перфо­рированной трубы, отводится через трубу 2 благодаря наличию в камере сбора фильтрата незначительного из­быточного давления. Оно создается с помощью воздуха, подаваемого к верхней части камеры сбора фильтрата через трубу.

Под действием высокого давления (до 20 МПа) диа­фрагма постепенно сужается; при этом вначале проис­ходит процесс фильтрования, а затем механического от­жима осадка за счет давления, передаваемого диафраг­мой на сформировавшийся слой осадка. Когда процесс отжатия осадка прекращается, компремирующая жид­кость выпускается, а диафрагма возвращается в исходное положение.

Гидравлический цилиндр 3, на котором закреплен фильтровальный элемент, опускает его вниз (на 300 мм), а в камеру сбора фильтрата через трубу 4 подводится скоростной поток воздуха, разрушающий уплотненный хрупкий осадок, расположенный на фильтровальном эле­менте. Отдутый осадок проваливается через кольцевид­но г отверстие.

Общая продолжительность цикла составляет 3 мин, но в случае необходимости она может быть увеличена до 4 мин.

В центрифугах для осуществления процесса разделе­ния шлама используется центробежная сила. Так как в этом случае ее поле по величине значительно превыша­ет поле силы тяжести, то процесс фильтрования в цент­рифугах протекает существенно быстрее, чем в отстой­никах. Осадительное центрифугирование производят в барабанах. Процесс состоит из двух фаз: движение частиц к стенкам барабана и уплотнения накопившегося на них осадка.

Ниже дано описание и приведены технические харак­теристики наиболее употребительных в отечественной практике центрифуг УЦМ-1-УТ: диаметр цилиндра 800 мм, глубина ванны 300 мм, частота вращения ротора 553 об/мин, производительность по пульпе 4,2— 15,6 м3/ч, по сухому остатку 0,5 — 3,0 т/ч.

Фильтрат, если полиакриламид не применяется, соде­ржит 32,2 — 81,2 г твердого вещества на 1 л. Влажность осадка 36 — 47%, что удовлетворяет требованиям его транспортабельности.

В случае использования коагулянта эффективность выделения твердой фазы в аппарате существенно воз­растает. Так, при его дозе, равной 355 г/т исходной пульпы, содержание твердой составляющей в фильтрате падает до 6,7 г/л, однако при этом несколько растет влажность осадка.

На рис. 27 представлена схема цепи аппаратов про­мышленной установки для обезвоживания шлама, при­меняемой на заводе «Станколит». Сгущенный шлам системы оборотного водоснабжения поступает в бак 1, а из него перекачивается насосом 2 в бак 5; далее погружным насосом (на рис. 12 не показан) он подается в смесительную воронку 4, куда поступает также из бака – дозатора 5 раствор полиакриламида, расход которого регулируется дросселем 6.

НПО «Энергосталь» экспериментально доказана возможность использования центрифуг (типа ОГШ-321Н-5) для подготовки шламов аглофабрик (про­изводительность по осадку 500 кг/ч, внутренний диаметр ротора 325 мм, наибольшее число оборотов 3500 об/мин). Как показали промышленные эксперименты, эффектив­ное обезвоживание достигается в широком диапазоне концентраций твердого в пульпе: от 20 до 300 г/л. Пре­имуществом центрифуг перед фильтрами является воз­можность удалять из шламов наряду с водой также мас­ла (при обработке пульпы прокатного стана, содержащей тонкодисперсную окалину). Такая пульпа, состоящая из окалины, масла и воды, практически не разделяется ни вакуум-фильтрами, ни фильтр-прессами. Результаты экс­перимента показывают, что получающийся осадок имеет достаточно низкое содержание воды и масел, что позво­ляет использовать его в составе шихты для получения агломерата.