Problemy z odkładaniem się osadów i tworzeniem zatorów w kształtkach kolanowych i innych miejscach zmiany kierunku przepływu występują w wielu branżach procesowych: od górnictwa i hydrometalurgii po oczyszczalnie ścieków, chemię i przemysł mineralny. Przykład Cornish Lithium pokazuje, jak odpowiednio dobrane elastyczne węże procesowe mogą poprawić ciągłość pracy i ograniczyć ryzyko powstawania zatorów.
Transport zawiesin, szlamów i mediów o wysokiej zawartości cząstek stałych pozostaje jednym z najtrudniejszych obszarów projektowania i eksploatacji instalacji procesowych. Problemy pojawiają się nie tylko w doborze odpowiednich pomp, ale też w geometrii instalacji — szczególnie w miejscach, w których następuje gwałtowna zmiana kierunku przepływu. To właśnie tam najczęściej dochodzi do sedymentacji materiału, powstawania zatorów oraz związanego z nimi wzrostu strat ciśnienia czy nieplanowanych przestojów wynikających z konieczności demontażu instalacji i usuwania zatorów.
Zjawisko to występuje w wielu sektorach przemysłowych, m.in. w górnictwie i przeróbce minerałów, procesach hydrometalurgicznych, gospodarce wodno-ściekowej, przemyśle chemicznym czy w aplikacjach związanych z transportem mediów abrazyjnych i korozyjnych. Szczególnie wymagające są procesy, w których medium wykazuje jednocześnie właściwości ścierne, korozyjne i tendencję do sedymentacji, co stawia bardzo wysokie wymagania zarówno samym przewodom, jak i kształtkom, armaturze i pompom.
Jednym z przykładów skutecznego rozwiązania tego problemu jest zakład firmy Cornish Lithium, w którym elastyczne węże Corroline+ firmy Aflex Hose zostały wykorzystane do usprawnienia transportu zawiesiny miki poddawanej działaniu gorącego kwasu siarkowego w procesie ekstrakcji litu.
W ramach Trelavour Lithium Project realizowanego w demonstracyjno-pilotażowym zakładzie wydobycia litu ze skał twardych, zlokalizowanym w pobliżu St Austell w Kornwalii w Anglii, firma Cornish Lithium zbudowała instalację do ekstrakcji litu z miki. Pierwszy etap produkcji monohydratu wodorotlenku litu obejmuje kruszenie, mielenie i wzbogacanie rudy granitowej pochodzącej z dawnego wyrobiska glinki kaolinowej co pozwala uzyskać zawiesinę koncentratu miki bogatej w lit – cynwaldyt. Następnie prowadzony jest proces hydrometalurgiczny, w którym koncentrat miki poddawany jest ługowaniu stężonym, gorącym kwasem siarkowym. Proces ten był realizowany w instalacji składającej się ze zbiorników procesowych połączonych kaskadowo za pomocą sztywnych rur wykonanych z tworzywa sztucznego odpornego na działanie gorącego kwasu.
Okazało się jednak, że powolny przepływ zawiesiny miki, wymagany ze względu na warunki procesu, w połączeniu z zaburzeniami wywołanymi zmianami kierunku przepływu, sprzyjał sedymentacji cząstek stałych w kolanach 90°. W efekcie dochodziło do powstawania zatorów, które znacząco zwiększały opory przepływu.
Zastosowanie węży eliminuje zatory podczas transportu zawiesiny
W odpowiedzi na problemy z tworzeniem się zatorów firma Cornish Lithium postanowiła zastąpić sztywne połączenia rurowe wężami Corroline+ należącej do Watson-Marlow firmy Aflex Hose. Rozwiązanie to zastosowano zarówno w procesie ługowania, jak i w kolejnych procesach, takich jak usuwanie zanieczyszczeń i wyodrębnianie produktów ubocznych.
Od końca 2024 roku firma Cornish Lithium zainstalowała 15 węży Corroline+, zastępując nimi odcinki sztywnej instalacji rurowej w instalacji hydrometalurgicznej. Elastyczne węże pozwoliły zastąpić kształtki kolanowe rozwiązaniem zapewniającym stopniową zmianę kierunku przepływu, a jednocześnie oferują odporność wymaganą w najtrudniejszych warunkach pracy w zakładzie Trelavour. Gładkie wnętrze węża zapewnia nieprzerwany przepływ zawiesiny koncentratu miki pomiędzy zbiornikami procesowymi połączonymi w układzie kaskadowym. Dzięki zastąpieniu kolan przez elastyczne węże geometria przepływu jest łagodniejsza, co ograniczyło ryzyko sedymentacji i powstawania zatorów.
Węże Corroline+ wspierają strategię firmy Cornish Lithium zakładającą rozwój bardziej zrównoważonego i efektywnego procesu wydobywczego.
Dai Moseley, odpowiedzialny w Cornish Lithium za procesy technologiczne wydobycia minerałów ze skał twardych, powiedział: „Wybraliśmy ten proces ze względu na niższe zużycie energii oraz bardziej pożądane produkty uboczne. Węże pozwalają nam realizować go z wysoką efektywnością”.
„Ługowanie jest procesem bardzo powolnym. Materiał przemieszcza się z jednego zbiornika do drugiego w układzie kaskadowym z tak niską prędkością przepływu w przewodzie, że ledwo wystarcza ona do utrzymania cząstek stałych w stanie zawieszenia. Chcemy zachować stały spadek pomiędzy kolejnymi zbiornikami, bez ryzyka osadzania się zawiesiny w kolanie 90°. Elastyczne węże zapewniają łagodniejszy i bardziej bezpośredni tor przepływu niż sztywna instalacja rurowa, dlatego lepiej sprawdzają się w naszym zastosowaniu. Jeżeli jednak dojdzie do zatoru, węże Corroline+ można łatwo wymontować i wyczyścić” – kontynuował Dai Moseley.
„Do ługowania metali z miki i przekształcania ich w siarczany wykorzystywany jest stężony kwas siarkowy o temperaturze ponad 90°C. Mieszanina procesowa jest gorąca, silnie kwaśna i abrazyjna, więc warunki pracy węży są niezwykle wymagające. Mimo to nie odnotowaliśmy ani jednej awarii węża Aflex Hose. To najtrudniejsze warunki w całym zakładzie, ale te węże bardzo dobrze się w nich sprawdzają” – podsumował Dai Moseley.
Wysoka odporność chemiczna
Wąż Corroline+ z wykładziną z politetrafluoroetylenu (PTFE) zapewnia doskonałą odporność chemiczną i temperaturową, a jego gładkie wnętrze umożliwia swobodny i niezakłócony przepływ medium. Elastyczność tych węży spełniła również wymagania procesowe firmy Cornish Lithium.
Stosowane w wężach Corroline+ kołnierze pokryte warstwą PTFE oraz przyłącza z gwintem BSPT wykonane ze stopu Hastelloy zapewniają wysoką odporność chemiczną i wyższą niezawodność w niż karbowane węże metalowe. Zewnętrzna warstwa węża zawiera spiralne wzmocnienie ze stali nierdzewnej, które zwiększa jego odporność na załamania. Dodatkowy oplot zatopiony w czarnej, trudnopalnej i antystatycznej osłonie wykonanej z gumy EPDM dodatkowo poprawia stabilność mechaniczną węża.
Te właściwości węży Corroline+ pomogły firmie Cornish Lithium uprościć konserwację oraz poprawić niezawodność pracy instalacji do ekstrakcji.
Chris Clasby, kierownik ds. technicznych w firmie Cornish Lithium, powiedział: „Te węże są trwałe i pozwoliły nam wyeliminować problem gwałtownych zmian kierunku przepływu w instalacji. Wcześniej stosowaliśmy sztywną instalację rurową z kolanami 90°, które nie sprawdzały się przy naszej zawiesinie. Dzięki wężom mogliśmy wyeliminować kolana, a same węże można łatwo demontować, kontrolować ich stan i układać zgodnie z wymaganym przebiegiem instalacji. Nie mieliśmy również żadnych problemów z załamaniami”.
„Wcześniejsza instalacja rurowa była problematyczna pod względem wymiany elementów, dlatego obecnie przechodzimy na łatwiejsze w eksploatacji węże Corroline+. Rozwiązanie to sprawdza się niezawodnie. Awaria węża oznaczałaby dla nas przestój i potencjalne zagrożenie” – podsumował Chris Clasby.
Wsparcie skalowania do produkcji komercyjnej
Węże Corroline+ stanowią część procesu ciągłego realizowanego w trybie 24/7, którego końcowym etapem jest krystalizacja i produkcja monohydratu wodorotlenku litu o czystości wymaganej do produkcji akumulatorów litowo-jonowych stosowanych w pojazdach elektrycznych (EV) i elektronice użytkowej.
Demonstracyjno-pilotażowa instalacja Trelavour stanowi odwzorowanie w mniejszej skali docelowego zakładu produkcyjnego, w którym Cornish Lithium planuje osiągnąć skalę produkcji około 10 000 ton monohydratu wodorotlenku litu rocznie i utrzymać ją przez około 25 lat.
Cornish Lithium podkreśla, że czysty proces ekstrakcji litu może wesprzeć transformację energetyczną Wielkiej Brytanii, wzmacniając łańcuch dostaw surowców do produkcji akumulatorów.
Produkty uboczne wytwarzane w procesie stosowanym przez Cornish Lithium znajdują zastosowanie w innych branżach. Są to m.in. amorficzna krzemionka pucolanowa wykorzystywana w produkcji cementu i betonu, ałun stosowany w uzdatnianiu wody i ścieków oraz gips używany w produkcji materiałów budowlanych.
Poprawiając efektywność i niezawodność procesu, węże Corroline+ wspierają misję Cornish Lithium polegającą na budowie niskoemisyjnego łańcucha dostaw litu, który ma wspierać transformację energetyczną Wielkiej Brytanii przy jednoczesnym efektywnym wykorzystaniu zasobów naturalnych.
Węże Corroline+ przynoszą firmie Cornish Lithium następujące korzyści:
- elastyczność umożliwiającą zastąpienie sztywnych kształtek kolanowych i poprawę toru przepływu medium,
- gładkie wnętrze zapewniające swobodny przepływ i łatwe czyszczenie,
- doskonałą odporność chemiczną na agresywne kwasy dzięki wykładzinie PTFE,
- odporność na załamania dzięki wzmocnieniom ze stali nierdzewnej,
- szeroki zakres temperatur pracy: od -40 °C do 150 °C,
- antystatyczną i trudnopalną osłonę gumową.
Precyzyjne sterowanie przepływem
Oprócz demonstracyjno-pilotażowego zakładu wydobycia litu ze skał twardych w Trelavour, firma Cornish Lithium rozwija również inny obiekt w Kornwalii, którego celem jest ekstrakcja litu z solanki geotermalnej. Testy prowadzone w zakładzie pilotażowym wspierają przejście do produkcji komercyjnej.
W ramach Cross Lanes Geothermal Lithium Project firma Cornish Lithium planuje wykonanie dwóch odwiertów o średnicy 8 cali i głębokości 2 km, które mają umożliwić wydobycie solanki bogatej w lit. Uzyskany z oczyszczonej solanki roztwór siarczanu litu lub chlorku litu ma być następnie kierowany za pomocą dwóch pomp perystaltycznych Watson-Marlow serii 500 do instalacji zagęszczania i oczyszczania produktu z wykorzystaniem procesów osmotycznych.
Pompy Watson-Marlow serii 500 o wydajności od 0,004 ml/min do 210 l/h są przeznaczone do precyzyjnego dozowania chemikaliów w laboratoriach procesowych. Zapewniają firmie Cornish Lithium precyzyjne sterowanie przepływem, łatwość obsługi oraz separację medium procesowego od elementów mechanicznych pompy dzięki temu, że medium pozostaje wewnątrz węża.
Mark Harris, główny technolog projektu Cross Lanes Geothermal Lithium Project w firmie Cornish Lithium, powiedział: „Używamy pomp Watson-Marlow na stanowisku testowym ze względu na ich wysoką precyzję przy niskim natężeniu przepływu wymaganym podczas oczyszczania i zagęszczania siarczanu litu. Pompy oparte na innych technologiach mogą mieć trudności z zapewnieniem odpowiedniego poziomu precyzji w tym zastosowaniu”.
Więcej informacji na podobne tematy: Poznaj nasze rozwiązania dla branży wydobywczej
Al. Jerzego Waszyngtona 146
04-074 Warszawa, Poland
