VI. Nemzetközi Perlit Konferencia Szeptember Budapest A duzzasztott perlit, mint az egyik legfontosabb szűrési segédanyag

Átírás

1 VI. Nemzetközi Perlit Konferencia Szeptember Budapest A duzzasztott perlit, mint az egyik legfontosabb szűrési segédanyag Dr. Takács János Egyetemi docens Miskolci Egyetem Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet 1 TARTALOM 1. A perlit, duzzasztott perlitpor; 2. A szilárd szűrés segédanyag igénye, szükséges minőségi jellemzői; 3. A duzzasztott perlitpor szűrési segédanyagként való felhasznállásához sükséges tulajdonságai 4. A duzzasztott perlitpor, mint szűrési segédanyag tulajdonságainak laboratóriumi vizsgálatai, eredményeinek értékelése; 5. A duzzasztott perlitpor szűrési segédanyagként való felhasználási lehetőségei; 6. Példák a duzzasztott perlitpor felhasználására a víz-, szennyvíztisztítás területéről. 1

2 A perlit, duzzasztott perlitpor A nyersperlit kőzet nagy hidrátvíz tartalmú (2-6%) vulkáni üveg, amely magas hőmérsékleten ( C) eredeti térfogatának többszörösére duzzasztható, melynek mértéke a duzzadási mérőszám. A magas hőmérsékletű égetés következménye a térfogatsűrűség csökkenése, a porozitás. Magyarországon több helyen található perlit előfordulás. A nyers perlitet jövesztés után aprítják, osztályozzák, és a felhasználás számára legkedvezőbb frakció halmazként duzzasztják. A duzzasztott perlitet őrölt vulkáni kőzetből, a nyers perlitből, égetéssel már az 1940-es években is előállítottak, és az építőiparban kezdték hasznosítani. Felhasználása nagyon gyorsan terjedt, mert a rendkívül csekély térfogati-sűrűsége mellett nagyon porózus halmazt képez, és nagyon jó hő és hangszigetelő anyag. 2

3 A duzzasztott perlitpor felhasználás irányai: Építő ill. építőanyag-ipar, ahol hő, hangszigetelésre, könnyű szerkezeti elemek előállítására, tűzvédelmi célokra. A kőolaj iparban a fúrásoknál kiváló minőségű fúróiszap készítését segíti elő. A talajjavítás során a kötött talajokat lazítja, a laza talajokban a vízmegkötést, vízmegtartást biztosítja. A vegyiparban elsősorban töltőanyagként és katalizátor hordozóként. A kohászatban a duzzasztott perlitet jó hőszigetelő képessége miatt alkalmazzák. Kis halmazsűrűsége következtében kiváló csomagolóanyag a különböző eszközök, berendezések szállításánál mint térkitöltő anyag. Nagyon fontos a környezetvédelmi célokra való felhasználás az élelmiszeriparban, gyógyszeriparban, ivóvíz előkészítésben és az ezekre visszaható szennyvíztisztításban, mint szűrési segédanyag. A szilárd szűrés segédanyag szükséges minőségi jellemzői Egyenletes minőséggel, megfelelő szemcsealakkal rendelkezzen; Nagy porozitás, kis halmazsűrűség jellemezze; Kis hidraulikus ellenállást okozzon a folyadék átáramlással szemben. A szuszpenzióhoz keverve kicsi legyen az ülepedőképessége, azaz stabil szuszpenziót képezzen a szűrés közben; A szuszpenziót alkotó folyadék fázisban ne oldódjon, inert, kémiailag semleges legyen, ne okozzon másodlagos elszennyeződést; Szűk szemcseeloszlású halmazt képezzen 5-400µm szemcseméret között, azaz az egyformasági tényezője minél közelebb legyen az 1-hez; 3

4 A folyadék fázisban a szemcse méretét ne változtassa, ne legyen kompresszibilis jellegű; A szűrés közben kialakuló szűrőlepénynek szilárd és homogén váz szerkezetet biztosítson, csökkentve ezáltal a szűrőlepény fajlagos ellenállását. Ehhez természetesen az is szükséges, hogy maga a szilárd szűrési segédanyag jó szűrhetőségi tulajdonságokkal rendelkezzen; A keletkező szűrőlepény szűrőszövetről történő leszed-hetőségét kedvezően befolyásolja. A duzzasztott perlitpor, mint szűrési segédanyag, tulajdonságainak laboratóriumi vizsgálatai, eredményeinek értékelése Laboratóriumunkban néhány perlit minta szűrést befolyásoló tulajdonságát meghatároztuk. E mérések eredménye hozzásegít annak megítélésében, hogy a duzzasztott perlitpor alkalmas-e szűrési segédanyagnak. A laboratóriumban 4 féle duzzasztott perlitport vizsgáltunk, melynek soránvizsgáltuk az alábbi paramétereket: Sűrűségek, Szemcse alak, Szemcseméret, szemcseloszlás, Szűrhetőség. 4

5 A duzzasztott perlitporok sűrűségei A minta jele Rázott sűrűség (kg/dm3) Tényleges sűrűség (kg/dm3) 1 0,21 1,78 2 0,11 2,28 3 0,054 1,49 4 0,11 1,92 A rázott sűrűségek a várakozásnak megfelelő nagyságrendű, és legjobban az 1 jelű minta tömöríthető, attól függetlenül, hogy a tényleges sűrűsége nem a legnagyobb. A rázott sűrűség mérésnél a végleges térfogat kialakulásában jelentős szerepet játszik a perlit szemcsék mérete, alakja, duzzasztottságának mértéke is. A tényleges sűrűségi adatok nagyon szórnak. Ennek oka lehet a mérés közbeni nem megfelelő kilevegőztetés, amit vákuumozás közbeni rázással igyekeztünk javítani, de ezt a folyamatot is befolyásolták az előbb említett anyagi tulajdonságok. 5

6 A duzzasztott perlitporok szemcsealakja 1. Az 1. jelű duzzasztott perlitpor halmaza a nagyon finom szemcsék mellett nagyobb szemcséket is tartalmaz. A szemcsék alakja eltérő. A kisebbek közel gömb alakúak, a nagyobbak lapkásak. Az eltérő alak miatt kedvező szerkezetű, mikroporozitású szűrőlepény kialakulása feltételezhető. A 2. jelű minta szemcsefrakció szemcséi erősebben háromdimenziójúak, mint a 1. minta. A szemcsék ez esetben sem porózus testnek néznek ki, hanem üvegszerűek, amelyek egy szűrőlepényben kiváló vázképző anyagok. Szűrési hatásfokának és teljesítményének alakulása csak a szemcseeloszlás ismeretében, illetve szűrési kísérletekkel értékelhető. A duzzasztott perlitporok szemcsealakja 2. A 3. jelű duzzasztott perlitpor szemcséi a vízben összetapadnak, koagulátumot képeznek, az egyébként nem teljesen lapka alakú, inkább térbeli szemcsék. Feltételezhető, hogy szűrőperlitként, az összekapcsolódásnak kedvezőbb a hatása, mint az előző perliteknek. A koaguláció viszont a szűrőlepény nagyobb nedvességtartalmát eredményezheti. A 4 jelű típusnál a koagulálódás mértéke kisebb. A szemcsék nagysága kicsit tágabb határok közötti, mint a 3. jelű perlitpornál, és inkább térbeli szemcsék. Véleményem szerint ez a perlit is kedvezően alkalmazható szűrési segédanyagként. A koaguláció miatt a szűrőlepény nedvességtartalma kissé nagyobbra várható, mint az 1. típusnál, de kevesebbre mint a 3.jelűnél. 6

7 A duzzasztott perlitporok szemcseeloszlása Perlit minták szemcseméret eloszlása eloszlás (%) szemcseméret (µm) Az 1 jelű perlitpor szinte 100 µm alatti szemcséket tartalmaz. A szűrésre jellemző egyformasági tényező, Et, szempontjából ez nem a legjobb, de a szemcsék formái, alakja következtében még lehet jó szűrési segédanyag. A 2 jelű duzzasztott perlitpor maximális szemcsemérete 130 µm-nél található. A halmaz szemcseeloszlása klasszikusnak, szabályosnak tekinthető, de egy kicsit széles frakciójú. A 3. típusú duzzasztott perlitpor szemcseeloszlása tartománya nagyon széles, ugyanakkor a mikroszkópikus vizsgálatokból kiderült, hogy ez a perlit a vízben koagulálódik. Ennek következtében elképzelhető, hogy a nedves szitáláskor összetapadt szemcsék együtt szitálódtak, azaz a nedves szitálásnál a nyíró erő nem volt elegendő az összetapadt szemcsék teljes széteséséhez. A koagolálódás elsősorban csak a 70 µm feletti tartományban jelentkezhetett. A 4. jelű szűrőperlit eloszlása az előzőtől kedvezőbb, gyakorlatilag minden szemcse 80 µm alatt található, az eloszlási görbe folyamatos, gyakorlatilag töréspont nélküli. A szemcseeloszlási görbe alapján ez a típusú perlit por jó szűrési segédanyagnak tűnik. 7

8 A különböző típusú szűrőperlitek jellegzetes szemcseméretei és egyformasági tényezői Perlit típus x 10, µm x 60, µm E t Szűrőképességi sorrend az E t alapján 1 12,7 78,3 6,2 IV. 2 4,6 25,3 5,5 III. 3 12,1 50,5 4,2 I. 4 6,2 29,6 4,8 II. A szakirodalmak alapján az egyformasági tényező szerint az 1-hez közelebb levő egyformasági tényezővel rendelkező halmaz a jobb szűrési segédanyag. Az így meghatározott sorrend azonban nem tekinthető véglegesnek, mert a szemcseeloszlás mellett a szűrést befolyásolja a szemcsék alakja, és szuszpenzióként való viselkedése is. Szűrési kísérletek A főbb paraméterek: Szűrőfelület: 36,3 cm2; Szűrési nyomáskülönbség: 0,55 bar vákuum; Szűrőszövet típusa: GD 1050 K-57, azaz 57µm-es porozitású műanyag szövet, amely a Züricher Beuteltuchfabrik (ZBF) AG (Svájc) gyártmánya. A szűrési kísérletek során mért, majd számított paraméterek: A szűrési időt mértük a szűrlet térfogat függvényébe; A szűrés befejezése után a nyomáskülönbség állandósult értékeit, és az ahhoz szükséges időt; Szűrőlepény vastagságot, és megfigyeltük a lepény leszedhetőség, a szűrőszövet elszennyeződésének mértékét; Mértük a lepény nedvességét; Megfigyeltük a szűrlet tisztaságot; Azonos szűrlettérfogatra kiszámoltuk a szűrési sebességeket; Meghatároztuk a szűrőegyenlet konstansait, a lepények fajlagos ellenállásait. 8

9 A különböző típusú szűrőperlittel végzett szűrési kísérletek mért és számított adatai. Szűrési idő, s Szűrőlepény Fajlagos Szuszp. Szűrési Perlit Sor- nedv. lepényellenállás koncentr sebesség por 800 vastagság szám. tart. V=800 mlnél, m/h típus α g/l ml szűrletnél v mm % m ,3 16, ,8 3, ,2 30, ,9 4, ,5 13,6 58,2 8 67,5 1, ,5 33, ,8 3, ,6 13, ,0 3, ,0 30, ,0 3, ,9 53,1 9 87,2 4, ,3 31, ,9 2, ,2 9, ,4 1, ,7 39, ,1 ~0 A lepényellenállások és a szűrhetőség kapcsolata. Homok Szűrési segédanyag Agyag Zselatin szűrhetőség: nagyon jó jó közepes rossz 9

10 A szűrési tulajdonság értékelése Az összehasonlítás alapján az 1., 4., és a 3. jelű szűrőperlitek nagyon jó, míg a 2 jelű jó szűrhetőséggel rendelkezik. A kiválasztásnál, alkalmazásnál ugyanakkor célszerű figyelembe venni a keletkező szűrőlepény struktúráját, nedvességtartalmát (száradó képességét), és a szűrőszövetről történő leszedhetőségét is, amelyet a szűrendő szuszpenzió szilárdanyag tartalma is befolyásol. A duzzasztott perlit mint szilárd szűrési segédanyag, értékelés A vizsgálatok és az eddigi tapasztalatok alapján megállapítható, hogy a duzzasztott perlitpor nagyon hasznos, és jó szűrési segédanyag. Hogy melyik szűrőperlit a legjobb, csak a szilárd perlitpor fizikai jellemzői (pl. a szemcseloszlásból számítható egyformasági tényezője), annak szuszpenzióban, a keletkező szűrőlepényben való viselkedése alapján határozható meg. 10

11 Használatának előnyei Stabilabb, jó hatásfokú, nagyobb szűrési teljesítményt eredményez, kisebb lepény fajlagos ellenállás kialakulásához vezet, A hagyományos szűréssel már nem leválasztható kompresszíbilis lebegőanyagok leválasztását is biztosítja, A keletkezett szűrőlepény a szűrőszövetről jól leválik, csepegés mentesen szállítható, melynek elhelyezhetőségét a perlit tartalom kedvezően befolyásolja, A szűrlet sótartalmát, oldott anyag tartalmát nem növeli, mint a koaguláló-, és esetenként a flokkulálószerek, viszont adszorpciós képességével kis mértékben csökkenti az eredeti oldott anyag koncentrációt A szűrőperlit hasznosíthatósága: Precoat (vastag illetve vékony előlepényes) szűrést megvalósítva, melynél szűrőperlit, víz és esetlegesen kis fajlagos mennyiségű koaguláló és/vagy flokkuláló szerből készült szuszpenzióból előlepényt képezünk a szűrőközegen. Ez lesz a tényleges szűrőközeg. A szűrendő szuszpenzióban való bekeverve a szuszpenzió szűrhetőségét javítja. Alkalmazása javasolható iszapok víztelenítésénél, de folyadékok lebegőmentesre szűrésénél is. Ez esetben az elsődleges cél a szűrőperlit szűrőlepény vázképző tulajdonságának kihasználása. A szűrőközegen kialakuló vastagabb, nagyobb szilárdságú szűrőlepény kedvező porozitása révén alkalmas a kisebb mérettel rendelkező lebegőanyagok vagy olajcseppek (adhéziós, adszorpciós) megfogására, kiszűrésére is. 11

12 Néhány példa Kommunális vegyes-iszap Olajos iszap Köszönöm a figyelmet! 12