大型磷礦脫水用高分子立式圓盤過濾機特點和應用

吳學榮，蘭正偉，唐 亮

(1.江蘇新宏大集團有限公司 江蘇 興化 225721；2.湖北宜化松滋肥業有限公司 湖北 松滋 434200)

傳統陶瓷過濾機采用微孔陶瓷濾板作為過濾介質，應用毛細效應原理，在一定的壓強差作用下，懸浮液通過陶瓷濾板時，顆粒物被截留在介質的表面形成濾餅，而液體則透過陶瓷濾板微孔后排出，從而達到固液分離的目的。與其他形式的真空過濾設備相比，陶瓷過濾機具有過濾效率高、濾餅干度好、濾液透明度高、自動化程度高、功耗低等特點。目前，陶瓷過濾機在有色金屬礦山、煤炭、化工、農藥、制藥等多個行業都有著極其廣泛的應用。

1 現狀與弊端

盡管目前的磷礦脫水陶瓷過濾機技術已趨于成熟，但經調查后發現，陶瓷過濾機仍存在單臺面積小、機身長、濾板易斷裂、整機重量大、綜合使用成本高、物料適應性差、再生效果不佳等不足。隨著國內半水-二水濕法磷酸裝置規模的日趨增大，設計和研制一種大型化磷礦脫水用高分子立式圓盤過濾機就顯得尤為重要。

2 結構組成與工作原理

2.1 結構組成

高分子立式圓盤過濾機是由進料系統、洗滌系統、攪拌系統、超聲波清洗系統、刮刀裝置、PLC電控系統、真空系統、再生系統、中心主軸、高分子濾板、機架、料倉、主驅動裝置等多個部件共同組成。高分子立式圓盤過濾機結構見圖1，高分子濾板結構見圖2。

圖1 高分子立式圓盤過濾機結構

注：1—進料系統；2—洗滌系統；3—攪拌系統；4—超聲波清洗系統；5—刮刀裝置；6—PLC電控系統；7—真空系統；8—再生系統；9—中心主軸；10—高分子濾板；11—機架；12—料倉；13—主驅動裝置

圖2 高分子濾板結構

注：101—金屬鋼骨架；102—高分子濾板；103—集液管；104—中空流道

如圖1所示，高分子立式圓盤過濾機與陶瓷過濾機的工作原理基本類似，不同之處在于，高分子立式圓盤過濾機使用一種新型PE高分子濾板代替陶瓷濾板。該高分子濾板由PE粉末、填充物、助劑等混和后，再經過一定的高溫燒結制成。

如圖2所示，為達到設備大型化的目的，高分子濾板采用鋼塑一體化的組合式結構(專利名稱：立式圓盤真空過濾機用濾板及設備，專利號：201520979596.4)，其中心部位工作面為中空密度板，外邊框是一圈拼焊制成的金屬鋼骨架，主要用來傳遞濾板旋轉時產生的高轉矩，這樣的組合設計彌補了大面積非金屬濾板自重大、承載能力不足的缺陷，這種組合式濾板過濾單面積可達1m2以上。

2.2 工作原理

向料倉內注入一定量的料漿后，在攪拌系統的作用下，料漿中固體顆粒能處于懸浮狀態。主驅動裝置帶動中心主軸和高分子濾板一起做旋轉運動。在真空系統作用下，料漿中的固體顆粒被吸附到高分子濾板表面形成濾餅，濾餅經過洗滌、吸干后被刮刀裝置卸到料倉外。料漿中液體則透過高分子濾板并流經濾板中空流道排出，從而達到固液分離的目的。

在高分子濾板表面微孔發生堵塞時，可以通過超聲波清洗系統、反吹風和再生系統共同對高分子濾板進行聯合清洗和再生，從而使高分子濾板的透水率能接近或恢復至初始值。

3 技術特點

(1)輕量化設計，可實施大型化。新型高分子濾板采用鋼塑一體的組合式設計，高分子濾板密度僅為陶瓷過濾機濾板的30%～40%，同等面積的高分子立式圓盤過濾機比陶瓷過濾機整機質量輕15%以上。另外，與非金屬陶瓷濾板相比，鋼塑一體組合式濾板的剛度和平整度更高，設備大型化實施較容易。目前，已在設計的高分子立式圓盤過濾機最大面積為240m2，是目前傳統陶瓷過濾機最大面積的2倍，其單個濾板的面積已達到1m2以上。由于盤數的大幅減少，高分子立式圓盤過濾機的機身長度比陶瓷過濾機短45%以上。

(2)性價比高、綜合使用成本低。陶瓷濾板的燒結溫度往往要高出PE濾板數倍，其成品率遠不如高分子濾板。另外，陶瓷板質地較脆，在制作、運輸、日常使用和維修等過程中，容易出現斷裂報廢，故高分子濾板比陶瓷過濾板綜合使用成本低30%～50%。

(3)再生方式選擇靈活、效果好。與陶瓷過濾機不同，多數情況下，高分子濾板可以利用一定壓力的空氣來進行反吹再生，同時，還可輔以超聲波和化學清洗方式進行聯合再生。高分子濾板能耐氫氟酸的腐蝕，濾板堵塞時可采用氫氟酸配比其他酸的方式進行疏通，其再生效果相對較好。

(4)微孔粒徑范圍寬，制作難度低。陶瓷過濾機為滿足“透水不透氣”的特性要求，其微孔孔徑通常限制在約2μm，而高分子濾板孔徑可根據待過濾物性質選擇適宜的過濾板孔徑，其微孔粒徑范圍可放寬至0.02～15μm，靈活性更強[1]。采用15～20μm孔徑的高分子濾板，輔助升降式超聲波震赫，能有效地解決陶瓷板的堵塞問題。高分子濾板為整體板，表面無覆膜，不存在陶瓷板基板和覆膜交接處易堵塞的問題[2]，故總體而言，高分子濾板的制作難度相對偏低些。

(5)對物料的適應性強。磷礦球磨或浮選時所用到的配漿液往往來自于其他工段的工藝水，這部分工藝水難免會夾雜一些廢水、廢酸、氟離子等。此時的陶瓷濾板，尤其是表層薄膜層會與料漿中的氫氟酸發生化學反應，從而造成陶瓷板過濾性能降低，甚至失效的現象。PE高分子濾板在多種稀酸中的化學性質相對穩定，尤其對氫氟酸有著較強的耐受性。因此，高分子立式圓盤過濾機比陶瓷過濾機對物料的適應性更強。

4 應用情況

2019年，江蘇新宏大集團有限公司與湖北宜化松滋肥業有限公司使用一臺HDGFZ-30m2高分子立式圓盤過濾試驗機對10萬t/a P2O5半水-二水濕法磷酸裝置浮選后的磷精礦進行了相關脫水測試。設備主要技術指標見表1。

表1 HDGFZ-30m2高分子立式圓盤過濾機技術指標

通過相關的對比測試發現，使用氫氟酸配比其他酸對高分子濾板進行強力再生后，濾板的抗堵塞能力和再生效果明顯優于陶瓷濾板，高分子濾板的使用周期比陶瓷濾板提高20.5%，高分子立式圓盤過濾機年開車率比陶瓷過濾機提高15.8%，設備運行1年即可增加利潤約58.6萬元，預計設備大型化后其經濟效益更加顯著。

5 結語

(1)高分子立式圓盤過濾機克服了傳統陶瓷過濾機整機質量大、機身長、剛度差的缺點。鋼塑一體化組合式高分子濾板比陶瓷濾板剛度、平整度高，更適合設備大型化。

(2)高分子濾板的成品率和性價比更高，綜合使用成本更低。

(3)與陶瓷板不同，高分子濾板對物料的適性應更強，同時還可使用氫氟酸、反吹風等方式進行再生，其再生效果相對較好。

(4)高分子濾板粒徑控制方法相對容易，其粒徑范圍比陶瓷板更寬，0.02～0.5微米級的高分子立式圓盤過濾機還可應用于濾液濃縮、污水凈化、反滲透前置預處理等，故其市場前景比傳統陶瓷過濾機更好。