復(fù)合有機(jī)過濾板替代陶瓷過濾板可行性探討

姚國(guó)新 陳湘清,2 熊道陵 鄭慧慧 陳金洲 楊金鑫(.江西理工大學(xué)冶金與化學(xué)工程學(xué)院，江西 贛州 34000；2.中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司鄭州研究院，河南 鄭州 450000)

復(fù)合有機(jī)過濾板替代陶瓷過濾板可行性探討

姚國(guó)新1陳湘清1,2熊道陵1鄭慧慧1陳金洲1楊金鑫1(1.江西理工大學(xué)冶金與化學(xué)工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2.中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司鄭州研究院，河南 鄭州 450000)

陶瓷過濾機(jī)是一種普遍采用的高效、節(jié)能、環(huán)保型固液分離設(shè)備。簡(jiǎn)述了陶瓷過濾機(jī)的工作原理，指出目前普遍使用的陶瓷過濾板存在易堵塞、難清洗、覆膜邊角處易損壞漏氣、清洗時(shí)會(huì)爆板等突出問題，介紹了新研制的可克服陶瓷過濾板所存在問題的新型復(fù)合有機(jī)過濾板的性能特點(diǎn)。通過試驗(yàn)表明復(fù)合有機(jī)過濾板在提高處理能力方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，增產(chǎn)能力達(dá)14.85%，但在濾餅的脫水效果方面略遜于陶瓷過濾板，濾餅含水率較陶瓷過濾板的高0.57個(gè)百分點(diǎn)?？梢?，復(fù)合有機(jī)過濾板有利于提高陶瓷過濾機(jī)的工作效率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

陶瓷過濾機(jī) 陶瓷過濾板 復(fù)合有機(jī)過濾板

陶瓷過濾機(jī)于20世紀(jì)80年代末由芬蘭奧托昆普公司研制成功。由于其不僅比盤式真空過濾機(jī)性能優(yōu)良，而且可節(jié)省動(dòng)力消耗約10%[1]，因此成為了過濾領(lǐng)域占主導(dǎo)地位的真空脫水設(shè)備。1994年廣東凡口鉛鋅礦首先引進(jìn)了該設(shè)備[2]，經(jīng)過20 a的普及、推廣，陶瓷過濾機(jī)隨著尾礦干堆工藝技術(shù)的發(fā)展，又成功應(yīng)用于細(xì)粒尾礦漿的脫水。

1 陶瓷過濾機(jī)的工作原理

陶瓷過濾機(jī)與盤式過濾機(jī)等類似，都是利用過濾介質(zhì)的內(nèi)外壓差，使礦漿中的水通過過濾介質(zhì)間的微孔收集、固體微細(xì)粒則吸附在過濾介質(zhì)的外表面形成濾餅而實(shí)現(xiàn)固液分離的。

陶瓷過濾機(jī)所具有的高效節(jié)能優(yōu)勢(shì)主要依賴于陶瓷過濾板的“透水不透氣”特性，因此，陶瓷過濾板是陶瓷過濾機(jī)的核心。

陶瓷過濾機(jī)的工作流程可分為濾餅吸附(真空區(qū))、濾餅脫水(干燥區(qū))、濾餅刮除(卸料區(qū))、濾板洗滌(反沖洗區(qū))和停車清洗[3]等5個(gè)階段4個(gè)作用區(qū)，工作流程示意見圖1。

圖1 陶瓷過濾機(jī)工藝流程

(1)濾餅吸附。在陶瓷過濾板內(nèi)外壓強(qiáng)差的作用下，料漿中的固體微細(xì)顆粒吸附在濾板表面形成濾餅。

(2)濾餅脫水。吸附有濾餅的過濾板離開料漿面，在真空作用下，繼續(xù)脫除濾餅中含有的水分，濾餅吸附和脫水階段脫除的濾液均通過集液管經(jīng)分配頭到達(dá)真空桶[4]。

(3)濾餅刮除。吸附有濾餅的過濾板到達(dá)卸料區(qū)時(shí)，濾餅由按一定規(guī)律擺放的刮刀刮下，掉落的濾餅通過輸送皮帶進(jìn)入料倉(cāng)。

(4)濾板洗滌。真空桶中的濾液水經(jīng)處理后通過反沖洗系統(tǒng)回到分配頭，經(jīng)由分配頭進(jìn)入反沖洗管路，由內(nèi)而外地清洗陶瓷過濾板。

(5)停車清洗。陶瓷過濾機(jī)連續(xù)工作一段時(shí)間后，濾板表面或內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，需要進(jìn)行停車清洗，一般采用化學(xué)清洗、反沖水清洗和超聲物理清洗聯(lián)合的方法進(jìn)行停車清洗。

2 陶瓷過濾板所存在的問題

(1)陶瓷板堵塞后的恢復(fù)困難。雖然陶瓷過濾機(jī)配有反沖洗系統(tǒng)及階段酸洗系統(tǒng)，但仍不能很好地解決陶瓷板堵塞問題。陶瓷板在過濾礦山選別作業(yè)產(chǎn)品時(shí)，所處理礦漿中不可避免地存在些粒徑小于陶瓷板微孔的顆粒，隨著濾板工作時(shí)間的延長(zhǎng)，微孔被堵塞的現(xiàn)象也越來越嚴(yán)重，進(jìn)而影響到過濾板的過濾性能。龔惠娟等[5]曾報(bào)道安徽某銅礦在陶瓷過濾板堵塞嚴(yán)重時(shí)濾餅水分會(huì)高達(dá)25%左右，頻繁更換陶瓷板會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。羅益軍等[6]對(duì)堵塞的陶瓷過濾板進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，陶瓷過濾板發(fā)生堵塞的部位位于陶瓷板基板與過濾膜交界處，堵塞的成分主要是硅溶膠類物質(zhì)。陶瓷過濾板在進(jìn)行酸洗時(shí)通常使用硝酸與草酸，對(duì)硅溶膠類物質(zhì)沒有溶解作用，若采用對(duì)硅溶膠類物質(zhì)有很好溶解性的氫氟酸，則會(huì)對(duì)以含硅物質(zhì)為黏連劑的陶瓷板造成傷害。因此，陶瓷板堵塞后的恢復(fù)非常困難。

(2)陶瓷過濾板覆膜邊角處易損壞漏氣。目前，陶瓷過濾板采用先進(jìn)的覆膜工藝進(jìn)行生產(chǎn)，板內(nèi)使用高強(qiáng)度大孔基材，表面涂覆超薄高性能陶瓷過濾膜，過濾膜與基板的結(jié)合采用二次燒成工藝[7]。雖然這種陶瓷板整體強(qiáng)度大，但在手工安裝這些分量較重的過濾板時(shí)，以及清洗過程中的頻繁搬運(yùn)等均難以避免碰撞、摩擦過濾板，以致板邊角處的薄膜層極易破碎，露出內(nèi)層大孔徑基板，使用時(shí)空氣可由此處進(jìn)入過濾板內(nèi)腔，消耗腔內(nèi)真空，造成過濾性能下降。筆者考察發(fā)現(xiàn)，使用一段時(shí)間的陶瓷過濾板約有80%存在邊角破損現(xiàn)象。

(3)陶瓷過濾板自重大。陶瓷過濾板雖屬于多孔材料，內(nèi)部有孔道結(jié)構(gòu)，但分量仍較大，這種材質(zhì)做出的過濾板不僅不便于搬運(yùn)、安裝以及增大設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所需動(dòng)力，更為重要的是陶瓷過濾機(jī)陶瓷板過濾面積不能超過6 m2，否則會(huì)因過濾板力矩過大而損壞過濾板的底座，從而限制陶瓷過濾機(jī)的大型化。專利ZL201120083575.6[8]和專利ZL201310172846.4[9]分別通過改變陶瓷板底座固定方式和改變過濾板板體結(jié)構(gòu)來增大過濾板的過濾面積。

(4)陶瓷過濾板有爆板現(xiàn)象。陶瓷過濾板的制作工藝是先燒制2個(gè)凹板基體(膜組件)[10]，將燒制好的2個(gè)基體用環(huán)氧樹脂黏合在一起，再在2個(gè)基板外表面涂覆氧化鋁薄膜材料二次燒制成中空結(jié)構(gòu)的過濾板。這種過濾板不能承受較大的超聲波頻率和壓縮空氣壓力(一般在0.1 MPa左右)，否則過濾板會(huì)爆破。在使用過程中，過濾板的堵塞不可避免，堵塞后的過濾板承受的壓力會(huì)發(fā)生變化，同一轉(zhuǎn)輪上的過濾板堵塞程度往往也有差異，這就增大了超聲波頻率控制和反沖洗壓力控制的難度，承壓能力較小的過濾板較易爆板。貴州川恒化工有限公司曾因超聲頻率和反沖洗壓力控制不當(dāng)造成過陶瓷板的爆板[11]。

3 復(fù)合有機(jī)過濾板的優(yōu)勢(shì)分析

復(fù)合有機(jī)過濾板為某公司成功研制的一種新型過濾介質(zhì)，與傳統(tǒng)陶瓷過濾板比較具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)一次性燒制成型，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本，避免了爆板隱患。

(2)有機(jī)材料密度小，單板質(zhì)量輕，僅為陶瓷板的30%，用于陶瓷過濾機(jī)可顯著降低陶瓷過濾機(jī)負(fù)荷，大大突破過濾板過濾面積限制。

(3)復(fù)合有機(jī)板整體強(qiáng)度大、韌性強(qiáng)，在發(fā)生碰撞、摩擦?xí)r不易碎裂、破損。

(4)陶瓷過濾板為滿足“透水不透氣”特性，微孔孔徑限定在2 μm以下；而復(fù)合有機(jī)板孔徑可根據(jù)待過濾物料性質(zhì)選擇適宜的過濾板孔徑，大小范圍可放寬至0.02～15 μm，靈活性更強(qiáng)，企業(yè)所獲得的經(jīng)濟(jì)效益更大。

(5)復(fù)合有機(jī)板的最大優(yōu)勢(shì)是可以有效地解決陶瓷板的堵塞問題。復(fù)合有機(jī)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問題；另外，復(fù)合有機(jī)板具有很強(qiáng)的耐氫氟酸性，當(dāng)過濾板出現(xiàn)堵塞問題，可以采用氫氟酸等酸聯(lián)合清洗方法解決堵塞問題，堵塞后的再生效果好。

4 復(fù)合有機(jī)過濾板的過濾性能試驗(yàn)

陶瓷過濾機(jī)作為一種真空過濾設(shè)備，衡量其過濾介質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)是過濾性能，而過濾設(shè)備的過濾性能包括濾餅產(chǎn)量和濾餅含水率。下邊對(duì)復(fù)合有機(jī)過濾板和陶瓷過濾板進(jìn)行單板過濾性能比較試驗(yàn)。

4.1 試驗(yàn)原料與試驗(yàn)方法

(1)試驗(yàn)原料及器材。表面積為1 245.32 cm2的陶瓷過濾板與復(fù)合有機(jī)過濾板，碳酸鈣粉(-600目占80%)，水環(huán)式真空泵，鼓風(fēng)機(jī)，攪拌槽，烘箱，秒表等。

(2)試驗(yàn)方法。配制濃度為45%的碳酸鈣礦漿，將配制好的礦漿添加到攪拌槽中，采用氣流攪拌方式混勻礦漿，過濾試驗(yàn)前將攪拌槽內(nèi)安放的氣流分布器打開，以保證在過濾過程中礦漿微粒處于穩(wěn)定懸浮狀態(tài)。過濾板在礦漿攪拌均勻后放入攪拌槽中，根據(jù)不同的試驗(yàn)需求控制不同吸料和干燥時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)束后分別檢測(cè)過濾板產(chǎn)量和脫水情況。

4.2 復(fù)合有機(jī)過濾板與陶瓷過濾板產(chǎn)量對(duì)比試驗(yàn)

調(diào)整過濾板浸沒在礦漿中的時(shí)間，過濾板離開礦漿界面后的脫水時(shí)間均為8 min,考查不同過濾時(shí)間內(nèi)不同過濾板的濾餅產(chǎn)量，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 過濾板產(chǎn)量對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可以看出，隨著過濾時(shí)間的延長(zhǎng)，過濾板的濾餅產(chǎn)量均呈增大趨勢(shì)；過濾時(shí)間相同，復(fù)合有機(jī)過濾板的產(chǎn)量明顯高于陶瓷過濾板，過濾板在礦漿中浸沒的時(shí)間為5 min時(shí)二者的產(chǎn)率差為425 cm3，復(fù)合有機(jī)過濾板增產(chǎn)14.85%。

4.3 復(fù)合有機(jī)過濾板與陶瓷過濾板脫水能力對(duì)比試驗(yàn)

固定過濾板浸沒在礦漿中的時(shí)間為5 min，當(dāng)過濾板離開礦漿界面后調(diào)整脫水時(shí)間，考查不同過濾板對(duì)濾餅脫水能力的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 過濾板脫水能力對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可以看出，隨著脫水時(shí)間的延長(zhǎng)，濾餅含水率均呈先快后慢的下降趨勢(shì)，但陶瓷過濾板短時(shí)間脫水，濾餅的含水率下降更加明顯；脫水時(shí)間相同時(shí)，復(fù)合有機(jī)板的濾餅含水率略高于陶瓷過濾板，脫水時(shí)間同為8 min時(shí)，復(fù)合有機(jī)板濾餅含水率較陶瓷過濾板高0.57個(gè)百分點(diǎn)。

4.4 過濾性能試驗(yàn)小結(jié)

過濾性能試驗(yàn)表明，陶瓷過濾板因其孔徑限定的原因，在相同的過濾時(shí)間內(nèi)料漿處理量明顯低于復(fù)合有機(jī)過濾板，相同條件下復(fù)合有機(jī)過濾板的產(chǎn)量高出陶瓷過濾板14.85%；復(fù)合有機(jī)過濾板雖然在處理量上明顯占優(yōu)，但受其材料親水性質(zhì)的影響，濾餅含水率較陶瓷過濾板高0.57個(gè)百分點(diǎn)。

5 結(jié) 語

(1)陶瓷過濾機(jī)是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的固液分離設(shè)備，其陶瓷過濾板存在的問題較多，最突出的問題是易堵塞、難清洗、覆膜邊角處易損壞漏氣、清洗時(shí)會(huì)爆板等，這些問題不僅影響過濾機(jī)工作效率，而且影響生產(chǎn)的穩(wěn)定、增大生產(chǎn)成本。

(2)基于改善陶瓷過濾板缺陷而研發(fā)的復(fù)合有機(jī)板克服了過濾板易堵塞、爆板和邊角破碎的問題，在堵塞過濾板恢復(fù)再生方面，復(fù)合有機(jī)板相比陶瓷過濾板有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。

(3)復(fù)合有機(jī)過濾板和陶瓷過濾板的過濾性能測(cè)試表明，復(fù)合有機(jī)板在提高處理能力方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，增產(chǎn)能力達(dá)14.85%；在濾餅脫水效果方面略遜于陶瓷過濾板，濾餅含水率較陶瓷過濾板高0.57個(gè)百分點(diǎn)。

(4)復(fù)合有機(jī)過濾板有利于提高陶瓷過濾機(jī)的工作效率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

[1] 吳伯明.陶瓷過濾機(jī)用過濾板的改進(jìn)及應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2013(8):164-167. Wu Boming.The improvement and application of filter plate used in ceramic filter[J].Modern Mining,2013(8):164-167.

[2] 羅益軍,賀 俊,蔣建平.淺析影響覆膜增強(qiáng)型陶瓷過濾板平整度的因素[J].江蘇陶瓷,2006(1):30-32. Luo Yijun，He Jun，Jiang Jianping.Analyses the factors influencing the mulching enhanced ceramic filter plate flatness[J].Jiangsu Ceramics,2006(1):30-32.

[3] 吳伯明,許 鋒.陶瓷過濾機(jī)真空系統(tǒng)常見問題分析[J].礦冶工程,2011(5):63-65. Wu Boming，Xu Feng.Analysis on some common problems of vacuum systems in ceramic filers[J].Mining and Metallurgical Engineering,2011(5):63-65.

[4] 楊守志,孫德堃,何芳箴.固液分離[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2003. Yang Shouzhi，Sun Dekun，He Fangzhen.Solid-liquid Separation[M].Beijing:Metallurgical Industry Press,2003.

[5] 龔惠娟,陳澤智,趙紅芬,等.用于銅精礦過濾的陶瓷過濾機(jī)濾板堵塞成因分析[J].有色金屬：選礦部分,2013(5):64-67. Gong Huijuan，Chen Zezhi，Zhao Hongfen，et al.Analysis on the formation of blocked filtration in ceramic filter during dewatering of copper ore slurry[J].Nonferrous Metals:Mineral Processing Section,2013(5):64-67.

[6] 羅益軍,劉文權(quán),蔣建平.硅溶膠堵塞陶瓷過濾板機(jī)理初探[J].江蘇陶瓷,2009(3):7-9. Luo Yijun，Liu Wenquan，Jiang Jianping.Plug mechanism of ceramic filter plates by silicasol[J].Jiangsu Ceramics,2009(3):7-9.

[7] 劉康時(shí).陶瓷工藝學(xué)原理[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,1997. Liu Kangshi.Ceramics Processing[M].Guangzhou:South China University of Technology Press,1997.

[8] 王先榮,馬慶文.大面積微孔扇形陶瓷過濾板:中國(guó),201120083575.6[P].2011-11-30. Wang Xianrong，Ma Qingwen.Large area of microporous ceramic filter sector plate:China201120083575.6[P].2011-11-30.

[9] 呂迎陽.一種大型陶瓷過濾板:中國(guó),201310172846.4[P].2013-09-11. Lu Yingyang.A large ceramic filter plate:China,201310172846.4[P].2013-09-11.

[10] 趙小林,丁 健,譚 靜,等.陶瓷過濾機(jī)在生產(chǎn)中異?，F(xiàn)象分析及措施[J].價(jià)值工程，2010(31):16. Zhao Xiaolin，Ding Jian，Tan Jing，et al.Ceramic filter in the production of abnormal phenomena and measures[J].Value Engineering,2010(31):16.

[11] 王永輝.陶瓷過濾機(jī)用復(fù)合過濾板高效節(jié)能機(jī)理探析[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2013(7):42-44. Wang Yonghui.The high efficiency and energy saving mechanism analysis of composite filter plate used in ceramic filter[J].Environmental Protection and Circular Economy,2013(7):42-44.

(責(zé)任編輯 羅主平)

Discussion on Feasibility for Substitution of Ceramic Filter Plate by Composite Organic Filter Plate

Yao Guoxin1Chen Xiangqing1,2Xiong Daoling1Zheng Huihui1Chen Jinzhou1Yang Jinxin1
(1.SchoolofMetallurgyandChemicalEngineering，JiangxiUniversityofScience&Technology，Ganzhou341000,China；2.ZhengzhouResearchInstitute，AluminumLimitedCorporationofChina，Zhengzhou450000，China)

Ceramic filter is a kind of high efficient，energy saving，environmental friendly and widely used solid-liquid separation equipment.The working principle of ceramic filter is briefly described.Problems such as easily blockage，difficult to be cleaned，easily damaged in the coated flat，easily broken when cleaning，etc.that exist in currently widespread ceramic filter plate are pointed out.Characteristics of the new developed composite organic filter plate which is better than that of ceramic filter board are introduced.Experiments show that composite organic filter plate has obviously advantages in capacity，which can be increased by 14.85% compared with ceramic filter plate，while composite organic filter plate is slightly inferior to the ceramic filter board in dehydration，and its moisture content is 0.57 percentage points higher than that of ceramic filter board.Obviously，composite organic filter plate is beneficial to improve the work efficiency of ceramic filter and the enterprise economic benefits，which will have a wide application prospect.

Ceramic filter，Ceramic filter plate，Composite organic filter plate

2014-11-07

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：51364014)，江西省科技廳科技項(xiàng)目(編號(hào)：20133BBG70003)，江西省教育廳科技項(xiàng)目(編號(hào)：GJJ11458，GJJ11476，GJJ10157)。

姚國(guó)新(1989—)，男，碩士研究生。通訊作者 陳湘清(1976—)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士后。

TD462+.2

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1001-1250(2015)-01-118-04