Sandvaskeutstyr: Hvordan balansere leirefjerning, finsandgjenvinning og vannbruk

Effektiv sandvask er ikke bare et spørsmål om å fjerne så mye fint materiale som mulig. En vaskekrets må separere uønsket leire, silt og overflateforurensning samtidig som sandpartiklene som kreves i det ferdige produktet beholdes. Samtidig skal den håndtere vannforbruk, slurryutslipp og produktfuktighet.

Disse kravene kan komme i konflikt. Økende vannstrøm eller vaskeintensitet kan forbedre fjerningen av visse forurensninger, men det kan også føre verdifull fin sand inn i overløpet. Å beholde mer fint materiale kan forbedre produktutbyttet samtidig som det gjør det vanskeligere å oppfylle et bestemt krav til renslighet eller gradering.

For aggregatprodusenter som vurderer sandvaskeutstyr, er den mest nyttige tilnærmingen å undersøke tre sammenhengende resultater: hvor effektivt uønsket materiale fjernes, hvor mye salgbar sand som gjenvinnes og hvor mye vann hele prosessen krever. Riktig balanse avhenger av fôrgradering, leireegenskaper, spesifikasjoner for ferdig sand, utstyrskonfigurasjon og tilgjengelig vannbehandlingssystem.

Hva må en sandvaskeprosess faktisk fjerne?

Leire, silt og overflateforurensning

Natursand og tilvirket sand kan inneholde uønsket fint materiale, men typen forurensning har betydning. Leire kan oppstå som løse partikler eller som belegg og klumper festet til større korn. Silt og fine mineralpartikler kan suspenderes i prosessvann under vask. Mengden mekanisk omrøring som trengs for å frigjøre forurensning avhenger delvis av hvor sterkt den fester seg til sanden.

Et enkelt vaske- og hydraulisk klassifiseringstrinn kan fjerne lett dispergerte fine forurensninger. Sterkere bundne leirbelegg eller leirklumper kan kreve ytterligere slitasje eller skrubbing før effektiv separering. Dette skillet er viktig fordi hydraulisk separasjon ikke kan fjerne forurensninger som ikke først har blitt tilstrekkelig frigjort fra de større partiklene.

For eksempel kan et stykke leirerikt materiale som blir igjen som en relativt stor klump oppføre seg annerledes enn individuelle dispergerte leirpartikler i vaskevann. Hvis vaskeprosessen ikke klarer å frigjøre forurensningen, kan det hende at økende overløpsvann ikke løser det underliggende problemet. Det første trinnet er derfor å fastslå hva som må fjernes og om forurensningene kan separeres under de foreslåtte vaskeforholdene.

Uønskede bøter versus salgbar finsand

Ikke alt fint materiale er avfall. Et sandprodukt kan kreve en kontrollert andel av mindre mineralpartikler for å oppfylle den tiltenkte graderingen. Å fjerne for mye av den fraksjonen kan endre partikkelstørrelsesfordelingen og redusere mengden salgbart produkt.

Dette betyr at et vaskeanlegg ikke skal vurderes utelukkende ut fra massen av materiale som slippes ut med slurryen. Overløpet kan inneholde uønsket leire og silt, men det kan også inneholde fine sandpartikler som hører hjemme i det tiltenkte ferdige produktet.

Skillet er spesielt viktig for produsert sand, der knuse- og formingsprosesser kan generere betydelige mengder fine mineralpartikler. Hvorvidt disse partiklene skal forbli i produktet avhenger av tiltenkt bruk og gjeldende akseptkrav. En produsent som leverer betongsand, mørtelsand eller et annet gradert tilslagsprodukt kan møte ulike grenser for fininnhold og gradering.

Følgelig bør en nyttig vaskbarhetsundersøkelse inkludere både partikkelstørrelsesanalyse og en vurdering av det fine materialets natur.

Fôrgradering og produktkvalitetskrav

Fôringsgradering avgjør hvor mye materiale som er tilgjengelig i hvert partikkelstørrelsesområde før vask begynner. Hvis et fôr allerede inneholder for lite materiale i en nødvendig fraksjon med finsand, kan ikke vaskekretsen produsere de manglende partiklene. Oppstrøms knuse- og klassifiseringsstadier må gjennomgås.

Omvendt, når fôret inneholder for mye uønsket finstoff, må vaskesystemet fjerne nok av denne fraksjonen uten å miste for store mengder akseptabel sand.

En meningsfull utstyrsvurdering bør derfor sammenligne den tørre partikkelstørrelsesfordelingen til den innkommende sanden, den nødvendige graderingen av ferdigproduktet, mengden og egenskapene til uønsket leire eller silt, og forventet fordeling av faste stoffer mellom vasket produkt og overløp. Den nødvendige separasjonsgrensen bør defineres før utstyrsinnstillinger eller ytterligere gjenopprettingsstadier velges.

Hvorfor forlater fin sand med vaskeoverløp?

Partikkelavsetning og hydraulisk separering

Mange sandvaske- og klassifiseringsprosesser bruker forskjeller i partikkelbevegelse gjennom vann. Under forenklede sedimenteringsbetingelser vil større eller tettere partikler generelt sedimentere lettere enn mindre partikler med lignende form og tetthet. Men faktisk separasjon påvirkes av partikkelform, konsentrasjon, turbulens og de hydrauliske forholdene inne i utstyret.

Fine partikler kan forbli suspendert lenge nok til å bevege seg mot et overløpsutløp. Skillet er ikke nødvendigvis skarpt. En hydraulisk klassifikator kan tillate at en del av partiklene nær dens effektive separasjonsgrense rapporterer til begge strømmer.

Dette er grunnen til at en vaskekrets kan miste verdifull fin sand selv når utstyret fungerer mekanisk som tiltenkt. Resultatet avhenger av driftsforholdene og partikkelstørrelsesfordelingen til fôret, ikke bare av om vaskeutstyret fungerer.

Hvordan vannstrøm bærer fine partikler

Vannstrøm utfører flere viktige funksjoner under vask. Det kan bidra til å spre fint materiale, flytte uønskede faste stoffer mot et utslipp og opprettholde de hydrauliske forholdene som trengs for separasjon. Men å endre strømmen endrer også partikkeltransport.

Når vannhastigheten og turbulensen øker i en spesiell separasjonssone, kan partikler som ellers ville sedimentere eller forbli med produktet, føres mot overløpet. Dette betyr ikke at hver økning i vannføring automatisk øker sandtapet. Resultatet avhenger av utstyrets geometri, matekonsentrasjon, hydraulisk belastning og separasjonsmekanisme.

Det betyr at vannstrømmen ikke bør justeres uten å vurdere produktgjenvinning. Hvis overløpet blir synlig tyngre med faste stoffer etter en prosessjustering, bør det tas en representativ prøve for å finne ut hva disse faststoffene faktisk inneholder. Visuelt utseende alene kan ikke fastslå om kretsen mister salgbar sand eller fjerner overveiende uønsket leire og silt.

Vaskeintensitet versus produktgjenoppretting

Et vaskesystem må utføre to relaterte, men distinkte oppgaver: frigjøre uønsket forurensning og skille det fra det nyttige produktet. Mer omrøring kan forbedre frigjøring av forurensninger under noen forhold. Mer hydraulisk strømning kan forbedre transporten av frigjort finstoff mot avfallsstrømmen. Ingen av justeringene garanterer et bedre samlet produktutbytte.

En nyttig ytelsesvurdering måler både reduksjon av uønsket forurensning og gjenvinning av materiale som oppfyller de tiltenkte produktkravene. Hvis rengjøringen blir bedre, men produktet mister for mye av den nødvendige finfraksjonen, kan prosessen trenge en annen klassifiseringsinnstilling, gjenvinningsstadium eller oppstrøms prepareringsmetode.

Målet er ikke maksimal bøter. Det er et akseptabelt ferdig produkt med en teknisk og økonomisk rimelig gjenvinningsgrad.

Når er ekstra finsandgjenvinningsutstyr berettiget?

Måling av faste stoffer tapt i overløp

Før du legger til et gjenvinningssystem, bør operatøren fastslå om det eksisterende overløpet inneholder nok utvinnbart produkt til å rettferdiggjøre videre behandling. Det krever mer enn å observere grumsete vann. En representativ overløpsprøve bør samles, og faststoffkonsentrasjonen og partikkelstørrelsesfordelingen bør måles.

Strømmen av tørre faststoffer som forlater overløpet kan deretter estimeres fra slurrystrømmen og faststoffkonsentrasjonen, ved å bruke målinger på en konsistent massebasis. Det neste spørsmålet er hvilken andel av disse faste stoffene som faller innenfor den nødvendige spesifikasjonen for ferdigsand.

Hvis de fleste overløpsfaststoffer består av uønsket leire og silt, kan gjenvinning av dem forringe produktkvaliteten. Dersom en meningsfull fraksjon består av akseptable sandkorn, kan ytterligere separasjon være verdt å vurdere.

For pålitelige resultater bør prøvetakingen dekke representative driftsforhold i stedet for et enkelt øyeblikk når anlegget er uvanlig rent, overbelastet eller undermatet.

Hydrosyklonbaserte utvinningsalternativer

En hydrosyklon kan brukes i noen vaskekretser for å klassifisere slurry og gjenvinne deler av sandfraksjonen som ellers ville forlate med vaskevannsoverløpet. I et typisk arrangement blir slurry levert til syklonen under trykk. Den resulterende interne strømmen skiller partikler i henhold til deres oppførsel under utstyrets hydrauliske forhold.

Underløpet er generelt anriket på grovere eller lettere separerte faste stoffer, mens overløpet bærer en større andel finere materiale og vann. En syklon gir imidlertid ikke et perfekt skarpt kutt i partikkelstørrelse.

Ytelsen avhenger av faktorer inkludert syklongeometri, matetrykk, faststoffkonsentrasjon, partikkelegenskaper og de valgte driftsforholdene. De gjenvunnede faststoffene kan kreve ytterligere avvanning før de inkorporeres i den ferdige sanden.

En gjenvinningskrets kan derfor inkludere en kum, pumpe, hydrosyklon og et passende avvanningsarrangement. Dette er mulige industriprosesskonfigurasjoner, ikke en erklæring om at hver RION-sandvasker inkluderer utstyr for gjenvinning av hydrosykloner.

Tilpasse gjenvinningssystemer til slurryforhold

Et gjenvinningssystem bør velges rundt faktiske slurryforhold. For stor variasjon i fôrkonsentrasjon kan endre separasjonsatferd. Inkonsekvent pumpedrift eller trykk kan også gjøre utvinningsresultatene mindre forutsigbare.

Partikkelstørrelsesfordelingen til den gjenvunnede målfraksjonen er spesielt viktig. Å gjenvinne materiale bare fordi det er tilstede i overløpet kan være kontraproduktivt hvis det materialet ikke hører hjemme i det ferdige produktet.

Utstyrsvalg bør ta hensyn til forventet utvinnbar masse, separasjonsnøyaktighet, nedstrøms avvanningsbehov og innflytelsen av gjenvunnet materiale på endelig gradering. Ekstra gjenvinningsutstyr introduserer også kapitalkostnader, energiforbruk, vedlikehold og prosesskompleksitet.

Det er berettiget når målt produktgjenvinning og driftsfordeler støtter disse tilleggskravene – ikke bare fordi noen faste stoffer er synlige i avløpsvannet.

Hvordan bør vannforbruk og slurryhåndtering vurderes?

Ferskvann, resirkulert vann og prosesstap

Et vaskeanlegg kan sirkulere et betydelig volum vann uten å konsumere hele volumet som ferskt etterfyllingsvann. Denne forskjellen er viktig når man skal vurdere vannbehovet. Bruttovannstrømmen gjennom vaskeutstyr inkluderer både ferskvann og resirkulert vann hvor det er installert en gjenvinningssløyfe.

Faktisk etterfyllingsvann er nødvendig for å erstatte vann som forlater systemet med vått produkt, slurry som slippes ut, fordampning, lekkasje og andre tap, etter å ha tatt hensyn til eksternt vann som kommer inn i prosessen.

For en forenklet steady-state vannbalanse uten andre vanninntak: Fersk etterfyllingsvann = Vann som forlater produktet + Vann som forlater med avgang + Andre ugjenvunnede vanntap. Dette forutsetter at det sirkulerende varelageret ikke øker eller synker i løpet av måleperioden.

Ved oppstart, avstengning eller endringer i damlager skal også endring av lagret vann inkluderes. Et anlegg som bruker høy intern sirkulasjonshastighet kan derfor ha et relativt lavt ferskvannsbehov dersom en stor andel av prosessvannet er vellykket gjenvunnet.

Omvendt kan dårlig sedimenteringsevne eller for mye vann som forlater med avfallsslurry øke etterfyllingsbehovet. Vannforbruk skal alltid rapporteres med tydelig systemgrense og driftsgrunnlag.

Slamfaste stoffer og setninger i systemet

Vaskeutstyret er bare en del av en prosesseringskrets for våt tilslag. Overløpet må håndteres, spesielt der det inneholder betydelige fine suspenderte stoffer. Hvis slurry slippes ut til en bunnfellingsdam, reduserer opphopning av faste stoffer gradvis tilgjengelig lagringskapasitet. Periodisk fjerning av faste stoffer kan være nødvendig for å opprettholde effektiv drift.

Behandlingsarrangementet må ta hensyn til både hydraulisk strømning og massen av faste stoffer som kommer inn i systemet. En dam som kan romme det nødvendige vannvolumet kan fortsatt bli vanskelig å betjene hvis sedimentbelastningen er for stor.

Avhengig av prosjektforhold kan mulige prosesselementer inkludere setningsdammer, klaringsutstyr, fortykningssystemer og mekanisk avvanning. Egnetheten til hvert alternativ avhenger av faststoffegenskaper, tilgjengelig areal, utslippskrav, driftskostnader og tiltenkt metode for gjenbruk av vann.

For kjøpere som vurderer sandvaskeutstyr, bør de nødvendige vann- og slurryhåndteringsfasilitetene gjennomgås som en del av den komplette vaskekretsen, ikke behandles som ikke-relatert tilbehør.

Hvordan resirkulert vannkvalitet påvirker vask

Resirkulert prosessvann er verdifullt fordi det kan redusere ferskvannsbehovet, men vannkvaliteten må forbli egnet for den tiltenkte separasjonsprosessen. Vann som inneholder en høy konsentrasjon av suspendert leire og silt kan endre de hydrauliske forholdene i vaskekretsen og kan øke risikoen for at fint materiale føres inn i det ferdige produktet.

Effektene avhenger av konsentrasjonen av suspenderte faste stoffer, mineralsammensetning, vannkjemi og utstyrskonfigurasjon. Behandlingssystemet bør derfor være i stand til å opprettholde vannkvaliteten innenfor området som kreves for pålitelig vask.

En operatør som står overfor inkonsekvent sandkvalitet bør undersøke ikke bare innstillingene for vaskeutstyret, men også endringer i innholdet av resirkulert vannfaststoff. Vanngjenvinning og produktkvalitet henger sammen tekniske hensyn.

Hvordan påvirker avvanning håndtering av ferdig sand?

Restfuktighet etter vask

Vasket sand etterlater vanligvis et vått prosesstrinn med vann som holdes tilbake mellom og rundt partiklene. Mengden som gjenstår avhenger av materialgraderingen, partikkelformen, avvanningsmekanismen og tiden som er tilgjengelig for drenering.

Fin sand gir vanligvis større avvanningsutfordringer enn grovere materiale fordi mindre porer og kapillærkrefter kan holde på mer vann. En vaskemaskin kan fjerne uønskede forurensninger effektivt uten å produsere sand med det fuktighetsinnholdet som kreves for umiddelbar transport, lagring eller videre håndtering.

Renseytelse og avvanningsytelse bør derfor måles separat.

Lagring og transport av våt sand

Overdreven fuktighet kan påvirke håndteringsegenskapene til ferdig sand. Vått materiale kan feste seg til utstyrets overflater, samle seg ved overføringspunkter eller drenere vann inn i lagerområdet. Endringer i fuktighetsinnhold kan også påvirke bulktetthet og tolkning av produksjonstonnasje.

Av denne grunn bør en våttonnasjeavlesning ikke automatisk behandles som samme mengde tørr salgbar sand. Hvis produksjonsutbyttet evalueres, bør målinger konverteres til en konsistent tørr-faststoff-basis.

Lagerdrenering, avrenningshåndtering og transportørdesign bør også vurderes der produktets fuktighet forventes å variere.

Når ytterligere avvanning er nødvendig

Et eget avvanningstrinn kan være berettiget når restfuktigheten fra vaskeutstyret overstiger kravene til etterfølgende håndtering eller produktlevering. Avvanningssikter og annet egnet utstyr kan vurderes avhengig av partikkelstørrelsesfordeling og prosessopplegg.

Beslutningen bør støttes av faktiske produktfuktighetsmålinger og et definert håndteringsmål. Ekstra avvanning forbedrer ikke automatisk fjerning av leire eller gjenvinning av fin sand. Den adresserer et annet prosessmål.

En riktig utformet vaskekrets kan derfor kreve separate utstyrstrinn for rengjøring, hydraulisk klassifisering, finpartikkelgjenvinning og fuktreduksjon. Ved å kombinere alle disse til et enkelt uspesifisert ytelsestall gjør sammenligningen av utstyr mindre pålitelig.

Hvordan kan kjøpere vurdere den faktiske vaskeytelsen?

Prøvetaking av fôr, vasket sand og overløp

Den mest nyttige vurderingen av vaskeytelse starter med målinger ved de viktigste inn- og utgangspunktene for materialet. Representative prøver bør tas fra innkommende fôr, vasket produkt og overløpet eller avfallsstrømmen. Prøvene bør assosieres med målte eller rimelig etablerte strømningshastigheter over samme driftsintervall.

For hver strøm kan relevante målinger inkludere partikkelstørrelsesfordeling, tørrstoffinnhold, fuktighet og mengde uønsket forurensning. Prøvetakingsmetoder må også ta hensyn til segregering og prosessvariabilitet.

En prøve tatt fra overflaten av et lager eller et isolert sted i en slurrykanal representerer kanskje ikke hele materialstrømmen. Der resultater brukes til utstyrsgodkjenning eller prosessgarantier, bør prøvetakingsplanen og testmetodene avtales før evalueringen starter.

Etablere en sand- og vannbalanse

Tenk på et forenklet eksempel der det innkommende fôret inneholder 100 tonn tørrstoff i timen. Anta at målinger viser at 88 tonn per time rapporterer til det vaskede produktet og 12 tonn per time går gjennom avfallet eller overløpsstrømmen. Den totale tørr-faststoffbalansen er da 100 = 88 + 12.

Den totale gjenvinningen av tørrstoff i produktstrømmen er 88 / 100 × 100 = 88 %. Men dette tallet beviser ikke at 88 % av den verdifulle sanden er gjenvunnet. De 12 tonnene i timen som forlater kretsen kan inneholde både uønsket finstoff og partikler som oppfyller ferdigproduktkravene.

For å estimere utvinning av salgbar sand, må operatøren bestemme massen til målpartikkelfraksjonen som kommer inn og ut av hver bekk. Anta for eksempel at partikkelstørrelsesanalyse identifiserer 90 tonn målsand per time i fôret og 85 tonn per time av målfraksjonen i det ferdige produktet. Utvinningen av målfraksjonen ville da være 85 / 90 × 100 ≈ 94,4 %.

Alle verdiene ovenfor er illustrative og er ikke RION-utstyrstestresultater. De demonstrerer hvorfor total utvinning av faste stoffer og nyttig utvinning av sand er forskjellige målinger.

En egen vannbalanse bør ta hensyn til vann som kommer inn med våtfôr, frisk etterfylling, resirkulert strømning, produktfuktighet og utslipp av avløpsvann. Ved å bruke sammenlignbare tørre faste stoffer og vannbaser hjelper det å skille ekte produkttap fra forskjeller forårsaket av endret fuktighetsinnhold.

Sammenligning av rengjørings-, utvinnings- og avvanningsresultater

En praktisk akseptvurdering bør evaluere hvert hovedprosessmål separat.

Ingen enkeltmåling fanger opp hele prosessen. En vaskekrets som produserer ekstremt ren sand, men som mister for mye verdifull finstoff, kan være kommersielt lite attraktiv. En krets med høy faststoffgjenvinning kan også være uegnet hvis den beholder uakseptabel leire eller gir feil gradering.

Den beste konfigurasjonen oppfyller den spesifiserte produktkvaliteten samtidig som den opprettholder en rimelig balanse mellom gjenvinning, vannbehov og driftskrav.

Hvilke data bør oppgis for et forslag til sandvaskeutstyr?

Fôrgradering, leireinnhold og produktspesifikasjon

Før du velger utstyr, bør kjøpere etablere egenskapene til materialet som faktisk kommer inn i vaskekretsen. Relevant informasjon inkluderer fôrpartikkelstørrelsesfordeling, mengde materiale under tiltenkt separasjonsområde, leireinnhold, maksimal partikkelstørrelse og forventede svingninger i fôrkvalitet.

Der leire er tilstede bør kjøper avklare om det i hovedsak forekommer som dispergert finstoff, belegg eller klumper. De nødvendige kriteriene for gradering og renslighet av ferdige produkter bør oppgis separat fra innkommende fôrdata.

Hvis sanden er produsert ved oppstrøms knuse- eller formingsutstyr, som f.eks VSI Sand Maker, bør den resulterende graderingen måles i stedet for å utledes fra utstyrskategorien alene.

Oppstrøms silarrangementer kan også påvirke partikkelstørrelsesfordelingen som kommer inn i vask. RION sine Vibrerende skjerm er én relevant produktkategori i en samlet behandlingslinje.

Nødvendig gjennomstrømning og vannforhold

Et forslag bør tydelig angi om produksjonskapasiteten er uttrykt som våtfôr, tørrfôr eller ferdig produkt. Disse mengdene er ikke utskiftbare.

Utstyrsleverandøren trenger også informasjon om tilgjengelig prosessvann, om gjenvinning er nødvendig, forventet vannkvalitet og praktiske muligheter for slamhåndtering. Hvis stedet har begrenset tilgang på ferskvann eller begrenset plass for bosettingsanlegg, kan disse begrensningene ha stor innflytelse på den generelle vaskekonfigurasjonen.

Kapasitet alene er ikke tilstrekkelig til å definere en fullstendig vaskeprosess.

Utstyrsomfang og stedsbegrensninger

Kjøper og utstyrsleverandør bør fastslå hvilke prosesstrinn som inngår i det foreslåtte omfanget. En grunnleggende vaskemaskin, en vaskemaskin med separat gjenvinning av finsand og en komplett krets med vannbehandling og produktavvanning er ikke likeverdige systemer.

Forslaget bør identifisere utstyrsgrensesnitt, verktøy, fundamenter, tilgjengelig installasjonsplass og eventuelle nedstrømshåndteringskrav. Det bør også spesifisere hvordan gradering av ferdige produkter, gjenvinning og fuktighet vil bli målt der disse resultatene er en del av prosjektkravene.

RION gir Sandvasker utstyr for aggregatbehandlingsapplikasjoner. For en prosjektspesifikk diskusjon kan kjøpere sende inn representative fôrdata, nødvendig sandgradering, gjennomstrømning og anleggsforhold gjennom RION kontaktside.

Den mest effektive sandvaskekretsen er ikke nødvendigvis den som fjerner størst mengde fint materiale. Det er den som fjerner forurensningene som må avvises, beholder en passende andel av verdifull sand og opererer innenfor områdets vann- og håndteringsbegrensninger.

Å oppnå den balansen starter med å forstå selve fôret og måle hvor både faste stoffer og vann går gjennom hele prosessen.