Очистка пыли при переработке сподумена

Когда речь заходит о переработке сподумена, многие сразу думают о литии, о флотационных процессах, но редко кто с ходу вспомнит про пыль. А ведь именно очистка пыли на этом этапе — это часто головная боль, которая определяет и экологическую безопасность, и в конечном счете — экономику всего процесса. Частая ошибка — считать, что это просто ?убрать пыль из воздуха?. На деле, пыль сподумена после дробления и особенно после обжига — это сложная субстанция, содержащая тонкодисперсные частицы фтористых соединений, щелочных компонентов, да и сам альфа- или бета-сподумен в виде мелкой фракции, которая ведет себя не так, как обычная кварцевая пыль. Многие установки, которые хорошо работают на известняке или угольной пыли, здесь просто ?захлебываются? — происходит быстрая забивка, коррозия, а эффективность улавливания падает до неприемлемых 70-80%. Я сам через это проходил.

Особенности пыли сподумена и почему стандартные решения не работают

Нужно начать с источника. После обжига для перехода альфа- в бета-фазу, материал становится активным и хрупким. Пыль здесь не просто механическая — она частично химически активна. Если взять стандартный рукавный фильтр с полиэстеровыми рукавами, то через несколько месяцев, а то и недель, можно увидеть их разрушение. Виной всему — комбинация факторов: высокая температура на входе (не всегда удается идеально охладить), микроскопические абразивные частицы и самое главное — возможное присутствие паров фтористого водорода или фторидов в следовых количествах, которые образуются при взаимодействии с остаточной влагой. Это создает коррозионную среду, которую обычные материалы не выдерживают.

Один из наших первых проектов, еще лет десять назад, как раз столкнулся с этой проблемой. Поставили стандартную систему с циклоном и рукавным фильтром. Циклон брал на себя грубую фракцию, но тонкая пыль, та самая, что наиболее опасна и ценна (потери лития!), шла на фильтры. Эффективность поначалу была на уровне 92%, что казалось приемлемым. Но уже через полгода начались проблемы с падением разрежения, участилась регенерация, а анализ показал, что тонкая фракция (менее 10 мкм) практически не улавливалась. Мы теряли продукт и получали выбросы.

Тогда стало понятно, что нужен другой подход к материалу самих фильтрующих элементов. Стальные, даже нержавеющие, элементы в циклонах и камерах тоже страдали от абразии. Нужен был материал, стойкий и к температуре, и к химическому воздействию, и к истиранию. Вот здесь мы впервые серьезно заинтересовались технологиями с использованием металлических мембран. Обычные тканевые рукава — это пассивная фильтрация, а металлическая мембрана, особенно пористая, может работать в более агрессивных условиях. Позже, изучая рынок, мы наткнулись на разработки компании ООО Чэнду Итай Технология (https://www.yitaicd.ru). Их профиль — металлические мембранные материалы и технологии мембранного разделения для высокотемпературных и коррозионных сред — как раз попадал в нашу проблемную область. Хотя в их материалах напрямую про сподумен не говорилось, опыт с очисткой высокотемпературных газов в металлургии и химии был показателен.

Опыт внедрения и адаптации технологий для конкретных условий

Решили попробовать. Но просто купить мембраны и поставить вместо рукавов — путь в никуда. Систему нужно перепроектировать. Ключевым стал вопрос о предварительной очистке и охлаждении газа. Мы оставили циклон для грубой очистки, но кардинально пересмотрели систему газоохлаждения, чтобы гарантированно подавать на металлическую мембрану газ с температурой в пределах ее рабочего диапазона, который у выбранных нами материалов был существенно выше, чем у ткани — до 400-500°C для кратковременных пиков.

Сама установка мембранных элементов потребовала изменения конструкции корпуса фильтра. Металлические мембраны, в нашем случае, были выполнены в виде жестких кассет. Это дало плюс в виде более стабильной геометрии и отсутствия ?тряски?, как у рукавов, но потребовало более точной сварки и сборки. Первый запуск показал, что эффективность улавливания по массе сразу подскочила до 99,5%, что было отлично. Но появилась новая проблема — тончайшая фракция, субмикронная, все равно иногда проскакивала. Это было видно по анализам на выходе.

Пришлось углубиться в механизм фильтрации. Металлическая мембрана с определенным размером пор отлично задерживает частицы, но если они агломерируются, то образуют плотный слой, который сложно сбрасывать при импульсной продувке. Мы экспериментировали с режимами регенерации — давлением сжатого воздуха, частотой импульсов. Оказалось, что для нашей пыли, склонной к слипанию из-за остаточной липкости (после обжига), нужна более мощная и короткая импульсная продувка, чтобы ?сломать? этот слой, а не просто его встряхнуть. Это потребовало модернизации системы продувки.

Взаимодействие с поставщиками технологий и важность деталей

В процессе настройки мы активно консультировались со специалистами. Сайт ООО Чэнду Итай Технология стал для нас источником не столько рекламной, сколько технической информации. В их описаниях экологически чистых процессов очистки высокотемпературных газов мы находили косвенные подтверждения своим догадкам. Например, важность равномерного распределения газового потока по всей площади фильтрации. В нашем случае неравномерность приводила к тому, что в одних кассетах быстро образовывался толстый слой пыли, а другие работали вхолостую. Решили это установкой дополнительных направляющих и диффузоров на входе в фильтровальную камеру.

Еще один практический момент — отвод собранной пыли. В старой системе шнековый транспортер часто забивался этой мелкой, плотной массой. С переходом на более эффективную очистку, пыли стало больше, и ее консистенция изменилась. Пришлось переделать и систему выгрузки, увеличив угол наклона и установив вибраторы. Это кажется мелочью, но без этого вся система встает — неочищенная пыль просто накапливается в бункере и перегружает фильтры.

С точки зрения экономики, первоначальные вложения в металлические мембраны и переделку системы были в 2-2.5 раза выше, чем стоимость стандартного рукавного фильтра. Но здесь нужно считать не стоимость оборудования, а стоимость жизненного цикла и потерь. Сокращение выбросов ниже ПДК — это избежание штрафов. Снижение потерь продукта — это прямая экономия. У нас возврат тонкой фракции в процесс дал прирост выхода конечного концентрата примерно на 1.5-2%, что при масштабах производства окупило переоснащение менее чем за два года. Плюс — ресурс мембран. За три года эксплуатации видимого износа или падения эффективности нет, тогда как рукава меняли бы уже дважды.

Типичные ошибки и на что обращать внимание при проектировании

Исходя из этого опыта, могу выделить несколько ключевых моментов, которые часто упускают при проектировании системы очистки пыли для переработки сподумена. Первое — недооценка химического состава пыли. Обязателен полный химический и гранулометрический анализ пыли на всех стадиях: после дробилки, после мельницы, после обжига. Состав будет разным, и, возможно, потребуется не одна система, а две разные, или многоступенчатая с разными типами улавливания.

Второе — ?зацикленность? на температуре. Да, охлаждение необходимо для многих типов фильтров. Но слишком резкое охлаждение (например, аспирацией холодным воздухом) может привести к конденсации влаги и образованию комков, которые забивают все на своем пути. Нужен плавный и контролируемый теплообмен.

Третье — игнорирование абразивности. Даже если вы поставили суперстойкую металлическую мембрану, подводящие газоходы, клапаны, вентиляторы — все это подвержено износу. Везде, где возможен контакт с пылевоздушной смесью, нужны либо защитные вставки из износостойких материалов, либо конструктивные решения, минимизирующие ударное воздействие частиц (снижение скорости потока в поворотах, например).

Выводы и взгляд в будущее

Так что, возвращаясь к началу. Очистка пыли при переработке сподумена — это не вспомогательная операция, а критически важный технологический узел. Его нельзя проектировать по шаблону. Нужно глубоко понимать природу именно этой пыли. Наш путь через ошибки к решению с металлическими мембранами — лишь один из возможных. Сейчас появляются новые композитные материалы, системы с электрофильтрами, комбинированные решения.

Для новых проектов я бы рекомендовал сразу закладывать в ТЗ необходимость пилотных испытаний фильтрующей технологии именно на вашей пыли. Не на аналоге, а на реальном материале с вашего производства или карьера. Это дорого, но дешевле, чем переделывать работающий завод. И конечно, стоит смотреть в сторону компаний, которые специализируются на сложных, нестандартных задачах очистки газов, а не просто продают коробки с фильтрами. Опыт таких игроков, как ООО Чэнду Итай Технология, в области высокотемпературных и коррозионных сред, безусловно, заслуживает внимания при поиске решений для современных литиевых производств.

В конечном счете, эффективная очистка — это синергия между правильным выбором технологии, точным инжинирингом под конкретные условия и вниманием к сотне мелких, но важных деталей, о которых не пишут в каталогах. Именно эти детали и отличают рабочую систему от проблемной.