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.