立式加壓壓榨過濾機在草酸鈷生產中的應用

薛國元，熊以俊，黃仁如，歐忠北

（贛州逸豪優美科實業有限公司，江西 贛州 341000）

草酸鈷是制備鈷粉或者氧化鈷的主要原料，采用液相沉淀法制取[1-4]。制備過程需采用固液分離設備將所需草酸鈷（固相）脫水及洗滌，產出的液相需進一步處理。草酸鈷生產中固液分離設備選型主要考察草酸鈷（固相）水分含量、氯離子含量、回收率等指標。草酸鈷生產中固液分離目前采用水平真空帶式過濾機，雖然解決了早期廂式壓濾機[5-6]難以連續運行和人工工作量大等問題，但也存在很多缺陷。陳建和[7]指出，水平真空帶式過濾機過濾靠真空推動，推動力小，濾餅含水量過高。實踐生產也存在：固相水分含量高（40%以上）、草酸鈷收率低、現場操作環境差、洗滌耗水量大、過濾段與洗滌段容易竄料、生產效率低等問題。

由于水平真空帶式過濾機的缺點，選擇新型的固液分離設備用于草酸鈷的生產，勢在必行。某公司經過充分的市場調研和綜合技術論證，確定使用立式加壓壓榨過濾機進行草酸鈷的固液分離。試驗表明，立式加壓壓榨過濾機完全可以替代水平真空帶式過濾機，是一種高效、節能、自動化程度高的固液分離設備。

1 立式加壓壓榨過濾機

立式加壓壓榨過濾機20世紀60年代出現于蘇聯，20世紀70年代芬蘭、美國等國家也相繼制造該種過濾機。自芬蘭生產出第一臺PF型壓濾機以來，技術發展較快，經過不斷完善和改進，壓濾機的整體技術水平有了很大的提高。立式加壓壓榨過濾機[8-11]整機為立式結構，自動化程度高、使用壽命長；適合物料裝袋壓榨，也適合對廂式壓濾機的固相進一步脫水。這種過濾設備廣泛應用于沸石、黃金、鈾礦、蔗糖、鈦白粉、鎢產品、堿渣、廢酸中和渣等產品的過濾 [12-19]。

1.1 設備結構布置圖及工作原理示意圖

立式加壓壓榨過濾機的設備結構布置如圖1所示，其工作原理如圖2所示。

1.2 設備特點與優勢

立式加壓壓榨過濾機是濾布行走壓濾機中最優秀的機型，采用立式結構，壓濾過程微機程序化控制，其過濾性能和分離性能較好，能過濾分離多種固液混合漿料。與水平真空帶式過濾機相比，具有以下特點與優勢：1）自動化程度高、生產能力大。采用觸摸屏+PLC控制系統，每步工序均通過控制系統實現全自動運行。同時主機工序循環時間短，進料出料時間間隔短，單位時間內循環次數多，單位面積產能大。2）過濾速度快。過濾壓力達1MPa，提高了過濾速度，對各種黏細物料及要求固相含水量低的場合效果尤為顯著。3）脫水效果好。隔膜擠壓時可達到高達1.6MPa的擠壓壓力，其次在風干工序0.8MPa的高壓風穿透物料進一步對物料進行脫水，這些措施有效降低了固相含水量。4） 洗滌效率高。濾板水平放置，每個濾室單獨的入料口、洗滌口保證了濾室內形成的固相厚度均勻，從而實現了對固相的充分洗滌，更少的洗水量即可達到相應的洗滌效果。5）濾布使用周期長。配備有自動清洗裝置，在高達1.2MPa壓力下通過數量不等的噴嘴對濾布上下兩面進行實時清洗，使濾布再生，提高了濾布使用壽命。6）節能環保。基本實現了過濾洗滌過程的全封閉作業，物料揮發量少，工作環境良好，設備占地面積小，便于回收廢氣；冷水洗滌效果好，無需加熱洗滌水，洗水量減少30%以上，同時降低了洗滌廢水的處理成本。

圖1 立式加壓壓榨過濾機設備結構布置圖Fig.1 the structural layout of vertical pressurized filter

圖2 立式加壓壓榨過濾機工作原理示意圖Fig.2 the schematic diagram of working principle of vertical pressurized filter

2 工業試驗

2.1 工藝流程的確定

根據2m2的加壓壓榨過濾模擬機取得的相關數據，確定投入某型號立式加壓壓榨過濾機應用于草酸鈷車間的生產線上，其有效過濾面積40 m2，處理能力約 60～80kg·m-2·h-1，該設備的主要參數見表1。

表1 立式加壓壓榨過濾機的主要參數Tab.1 the main parameters of vertical pressurized filter

工業級試驗歷經設備安裝、生產調試、穩定運行3個階段。經過設備安裝、調試，在具備基本開機條件后，進行投料試驗。確定試驗工藝流程為：壓濾→風干→洗滌→風干→洗滌→風干→擠壓→風干→卸料→取樣化驗。

2.2 過濾工藝的確定

根據前期模擬機試驗結果，在工業級試驗中初步確定以下參數：洗水溫度為40℃，固相厚度為 30mm，洗水量為 20m3·t-1，壓榨壓力 1.4 MPa。現對其中某個工藝參數進行調整，研究該參數對干基氯離子含量、固相含水量等相關因素的影響，確定最優的工藝參數。

2.2.1 洗水溫度對干基氯離子含量的影響

從圖3可知，對立式加壓壓榨過濾機而言，洗水溫度基本不影響干基氯離子含量，這與傳統設備需要較高的洗水溫度才可保證干基氯離子含量小于0.01%不同。

2.2.2 洗水量對干基氯離子含量的影響

從圖4可知，固相中干基氯離子含量隨洗水量增加而降低。但過大的洗水量浪費資源，還增加操作時間，因此應在滿足客戶要求的前提下，選擇較小的洗水量。洗水量一般選擇20～25m3·t-1。

2.2.3 固相厚度對干基氯離子含量的影響

從圖5可知，干基氯離子含量隨固相厚度增加而增加，因此當客戶要求干基氯離子含量小于0.01%時，固相厚度不宜超過30mm。當固相厚度超過30mm后，如果增加洗水量及洗水時間，也能降低干基氯離子含量，但會增加生產成本；綜合考慮，固相厚度25～30mm比較合適。

圖3 干基氯離子含量與洗水溫度的關系Fig.3 The correlation between Cl-content on dry basis and washing temperature

圖4 干基氯離子含量與洗水量的關系Fig.4 The correlation between Cl-content on dry basis and unit washing water volume

圖5 干基氯離子含量與固相厚度的關系Fig.5 The correlation between Cl-content on dry basis and thickness of solid phase

2.2.4 壓榨壓力對固相含水量的影響

從圖6可知，固相含水量隨壓榨壓力的增大而減小，但當壓榨壓力超過1.2MPa時，固相含水量變化幅度較小，同時考慮到設備的極限壓榨壓力為1.6MPa，因此壓榨壓力選擇為1.2MPa。

圖6 固相水含量與壓榨壓力的關系Fig.6 The correlation between water content of solid phase and press pressure

2.2.5 優化試驗及結果分析

通過上述試驗，將工藝條件設定為：洗水溫度為室溫，洗水量為20～25m3·t-1，固相厚度為25～30mm，壓榨壓力1.2MPa，采用立式加壓壓榨過濾機對草酸鈷料漿進行過濾，工業化測試數據見表2。從表2可知，干基氯離子含量均小于0.01%，達到了公司標準，滿足了客戶要求。

表2 草酸鈷工業化試驗典型數據Tab.2 the typical data of cobalt oxalate industrial test

2.3 工業生產分析

經過較長時間的運行觀察，立式加壓壓榨過濾機在草酸鈷生產中表現出電耗低、產能大、金屬回收率高、環保效益好等特點，詳見表3。

3 結論

1）立式加壓壓榨過濾機應用在草酸鈷的生產中具有明顯的優勢。該設備過濾洗滌效果好、生產效率高、過濾成本低、物料質量有保障，另外實現了整機的全自動操作，大幅度節約了人力使用成本。

2） 較優的工藝參數為：洗水溫度為室溫、洗水量 20～25m3·t-1、壓榨壓力 1.2MPa、固相厚度25～30mm。

表3 工業生產分析Tab.3 industrial production analysis

3）隨著目前工業生產中環保形勢的日益嚴峻，立式加壓壓榨過濾機作為一種節能降耗效果明顯的固液分離設備，是替換老舊過濾設備較為理想的選擇。