Обезвоживание суспензий

Для получения пластичной массы суспензия частично обезвоживается с 55—60 до 20—25%-ной влажности. Известно несколько способов обезвоживания материалов, которые можно разделить на три основные группы (рис. 20).

Рис. 20. Способы обезвоживания материалов

Расход энергии при обезвоживании суспензии механическими способами 0,001—0,002, электрическими 0,1— 0,2, тепловыми 0,85—1,2 кВт·ч на 1 кг удаленной влаги.

В производстве фарфоровых и фаянсовых изделий бытового назначения основной способ обезвоживания масс — фильтр-прессный, на заводах централизованного приготовления массы, как и на заводах строительной керамики — сушка в распылительных сушилках.

По конструкции различают фильтр-прессы камерные и рамные. Для обезвоживания керамических суспензий наиболее распространены камерные фильтр-прессы.

Обезвоживание суспензии на фильтр-прессах основано на отделении твердых частиц пористыми матерчатыми перегородками, пропускающими воду и задерживающими твердые частицы.

Суспензия массы, подаваемая в фильтр-пресс по Центральному каналу, заполняет замкнутые полости между рам, обтянутых тканью. Вода из суспензии проникает через полотно и стекает по радиальным каналам вниз к сквозному отверстию в ободе каждой рамы, собираясь в водоотстойнике под фильтр-прессом. Твердые частицы оседают на поверхности ткани в виде пластов (коржей) и удаляются из пресса при раздвижке рам после окончания процесса обезвоживания.

Скорость фильтрации жидкого потока в пористом теле пропорциональна давлению и длине капилляров (закон Дарси). На скорость фильтрации оказывают влияние свойства суспензии, форма зерен, их величина и распределение. В начальной стадии образования коржа слой отложившейся на полотне массы весьма тонок и давление фильтрации, действуя на него, будет максимальным за весь период наполнения суспензией фильтр-пресса. Давление распространяется ступенчато по толщине коржа и на участке выхода фильтрата (ретурной воды) приближается к нулю.

Полнота   обезвоживания суспензии зависит от поверхностного натяжения фильтрационной жидкости, разности давлений, краевого угла смачивания между твердым веществом и жидкостью, среднего радиуса пор, плотности упаковки и расположения частиц в корже.

Чем больше в суспензии тонких частиц, тем медленнее фильтрация. Поэтому скорость фильтрации фаянсовых суспензий с большим содержанием глинистых материалов в 2—3 раза ниже, чем скорость фильтрации фарфоровых суспензий.

Давление фильтрации колеблется от 0,8 до 1,8 МПа. С повышением давления уменьшается влажность коржа, повышаются его плотность, однородность и прочность. Давление должно увеличиваться непрерывно, без толчков и перебоев. Продолжительность заполнения фильтр-прессов фарфоровой массой 1,5—2 ч, фаянсовой 2,5—4 ч. Добавление в суспензию 2—4% боя изделий (сверх 100%) увеличивает скорость фильтрации.

При повышении скорости фильтрации без увеличения давления возрастает влажность, снижается однородность и плотность массы. Производительность фильтр-пресса может быть повышена на 15—20% в результате подогрева суспензии до 35—45° С (вязкость воды при температуре 20° С равна 1 Па·с, при 55° С— 0,3 Па·с). Добавление 0,25%-ной уксусной или муравьиной кислоты в суспензию также способствует ускорению фильтрации. Ускоряют фильтрацию полиакрилаты и полиакриламиды, успешно используемые, например, при обезвоживании каолиновых суспензий при мокром обогащении каолина.

Продолжительность фильтрации возрастает пропорционально квадрату толщины коржа. Одновременно увеличивается его остаточная влажность. Величина рН суспензии также влияет на скорость фильтрации. При малых значениях рН возможна флокуляция суспензии, которая облегчает фильтрацию. С повышением плотности шликера и содержания глинистой составляющей скорость фильтрации заметно снижается.

Толщина отложившегося слоя массы возрастает пропорционально объему ретурных вод, так как скорость фильтрации обратно пропорциональна объему фильтрата или толщине осадка массы, осевшей на фильтр-прессной ткани, и составляет 0,02—0,035 м³/м²·ч, а съем массы с 1 м² фильтрующей поверхности 10—12 кг/ч.

Толщина коржа, при которой прекращается процесс фильтрации, составляет для фарфоровых масс — около 25, фаянсовых — до 35, для каолина—до 50 мм. Масса коржа толщиной 30 мм из рамы размером 1000Х1000 мм равна 42 кг.