Effect of particle fractionation on the vacuum filtration performance of magnetite suspensions
Äijälä, Mikko (2016)
Diplomityö
Äijälä, Mikko
2016
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2016120530254
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2016120530254
Tiivistelmä
Cake filtration is one of the most commonly used solid-liquid separation techniques in different sectors of chemical industry. Mining industry produces vast amount of slurries that are dewatered, for example, by continuous horizontal vacuum belt filtration. The slurries typically include large amount of fine particles of different sizes. Filtration capacity and filtrate flow rate through the cake are strongly dependent on the size and the accumulation order of the slurry particles on top of the filter medium. In case the coarser particles formed the lower layer of the cake, the filtration capacity and the filtrate flow rate could be possibly improved.
In this work, it was investigated how the fractionation of fine and coarse magnetite particles into separate layers affects the filtration capacity, the filtrate flow rate and the cake moisture content. Three sieves of different sizes were used in particle fractionation and the filtration experiments were carried out by filtering both non-fractionated and fractionated magnetite slurry batches with Büchner vacuum filtration equipment. Four different weight ratios between fine and coarse particle layer were used in the batch filtration tests with the fractionated suspensions. The experiments contained filtration tests with and without settling of the slurry. Separate sedimentation experiments were also carried out in order to produce data for possible future studies regarding particle fractionation in a horizontal pipe flow.
The filtration experiments revealed that by using the chosen fractionation methods only minor improvements in terms of filtration capacity were achieved. The average filtrate flow rates were lower when fractionation was used, and the moisture contents of the cakes did not significantly change. It was observed that by optimizing the volumetric size distribution width ratio between fine and coarse particles in a narrow scale, minor improvements in terms of filtration capacity could be achieved. Kakkusuodatus on yksi yleisimmin käytetyistä neste-kiintoaine –erotusmenetelmistä eri kemianteollisuuden aloilla. Kaivosteollisuus tuottaa valtavia määriä lietteitä, joista poistetaan vettä esimerkiksi jatkuvatoimisella horisontaalivakuuminauhasuodatuksella. Lietemassat sisältävät tyypillisesti suuria määriä erikokoisia hienojakoisia partikkeleita. Suodatuskapasiteetti ja suodoksen läpivirtaus muodostuneen kakun läpi ovat pitkälti riippuvaisia partikkelien koosta sekä niiden asettumisjärjestyksestä suodinmateriaalin päälle. Isompien partikkelien muodostaessa alimman kakkukerroksen, suodatuskapasiteettia ja suodoksen läpivirtausta voitaisiin mahdollisesti parantaa.
Tässä työssä tutkittiin, miten hienojakoisten ja karkeiden magnetiittipartikkelien fraktiointi erillisiin kerroksiin vaikuttaa suodatuskapasiteettiin, suodoksen läpivirtaukseen ja kakun kosteuspitoisuuteen. Partikkelien fraktioinnissa käytettiin kolmea eri seulakokoa ja suodatuskokeet suoritettiin fraktioimattomilla ja fraktioiduilla magnetiittilietteillä Büchner-vakuumisuodatuslaitteella. Fraktiointisuodatuksissa käytettiin neljää eri painosuhdetta hienojakoisen ja karkean partikkelikerroksen välillä. Suodatuskokeita tehtiin ilman lietteen laskeutusta sekä laskeutuksen kanssa. Liete-erillä tehtiin myös laskeutuskokeita joista saatiin tutkimustietoa mahdollisia jatkotutkimuksia varten.
Suodatuskokeet osoittivat että valittu fraktiointitapa parantaa vain hieman suodatuskapasiteettia. Suodoksen keskimääräinen läpivirtaus jäi alhaisemmaksi verrattuna fraktioimattomaan lietteeseen, ja muodostuneen kakun kosteuspitoisuus ei merkittävästi muuttunut. Kokeet osoittivat, että suodatuskapasiteettia voitiin parantaa hieman optimoimalla hienojakoisten ja karkeiden partikkelien tilavuuskokojakauman suhdetta kapealla välillä.
In this work, it was investigated how the fractionation of fine and coarse magnetite particles into separate layers affects the filtration capacity, the filtrate flow rate and the cake moisture content. Three sieves of different sizes were used in particle fractionation and the filtration experiments were carried out by filtering both non-fractionated and fractionated magnetite slurry batches with Büchner vacuum filtration equipment. Four different weight ratios between fine and coarse particle layer were used in the batch filtration tests with the fractionated suspensions. The experiments contained filtration tests with and without settling of the slurry. Separate sedimentation experiments were also carried out in order to produce data for possible future studies regarding particle fractionation in a horizontal pipe flow.
The filtration experiments revealed that by using the chosen fractionation methods only minor improvements in terms of filtration capacity were achieved. The average filtrate flow rates were lower when fractionation was used, and the moisture contents of the cakes did not significantly change. It was observed that by optimizing the volumetric size distribution width ratio between fine and coarse particles in a narrow scale, minor improvements in terms of filtration capacity could be achieved.
Tässä työssä tutkittiin, miten hienojakoisten ja karkeiden magnetiittipartikkelien fraktiointi erillisiin kerroksiin vaikuttaa suodatuskapasiteettiin, suodoksen läpivirtaukseen ja kakun kosteuspitoisuuteen. Partikkelien fraktioinnissa käytettiin kolmea eri seulakokoa ja suodatuskokeet suoritettiin fraktioimattomilla ja fraktioiduilla magnetiittilietteillä Büchner-vakuumisuodatuslaitteella. Fraktiointisuodatuksissa käytettiin neljää eri painosuhdetta hienojakoisen ja karkean partikkelikerroksen välillä. Suodatuskokeita tehtiin ilman lietteen laskeutusta sekä laskeutuksen kanssa. Liete-erillä tehtiin myös laskeutuskokeita joista saatiin tutkimustietoa mahdollisia jatkotutkimuksia varten.
Suodatuskokeet osoittivat että valittu fraktiointitapa parantaa vain hieman suodatuskapasiteettia. Suodoksen keskimääräinen läpivirtaus jäi alhaisemmaksi verrattuna fraktioimattomaan lietteeseen, ja muodostuneen kakun kosteuspitoisuus ei merkittävästi muuttunut. Kokeet osoittivat, että suodatuskapasiteettia voitiin parantaa hieman optimoimalla hienojakoisten ja karkeiden partikkelien tilavuuskokojakauman suhdetta kapealla välillä.