立式加壓壓榨過(guò)濾機(jī)在草酸鈷生產(chǎn)中的應(yīng)用

薛國(guó)元，熊以俊，黃仁如，歐忠北

（贛州逸豪優(yōu)美科實(shí)業(yè)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(guò)程需采用固液分離設(shè)備將所需草酸鈷（固相）脫水及洗滌，產(chǎn)出的液相需進(jìn)一步處理。草酸鈷生產(chǎn)中固液分離設(shè)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(biāo)。草酸鈷生產(chǎn)中固液分離目前采用水平真空帶式過(guò)濾機(jī)，雖然解決了早期廂式壓濾機(jī)[5-6]難以連續(xù)運(yùn)行和人工工作量大等問(wèn)題，但也存在很多缺陷。陳建和[7]指出，水平真空帶式過(guò)濾機(jī)過(guò)濾靠真空推動(dòng)，推動(dòng)力小，濾餅含水量過(guò)高。實(shí)踐生產(chǎn)也存在：固相水分含量高（40%以上）、草酸鈷收率低、現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境差、洗滌耗水量大、過(guò)濾段與洗滌段容易竄料、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題。

由于水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的缺點(diǎn)，選擇新型的固液分離設(shè)備用于草酸鈷的生產(chǎn)，勢(shì)在必行。某公司經(jīng)過(guò)充分的市場(chǎng)調(diào)研和綜合技術(shù)論證，確定使用立式加壓壓榨過(guò)濾機(jī)進(jìn)行草酸鈷的固液分離。試驗(yàn)表明，立式加壓壓榨過(guò)濾機(jī)完全可以替代水平真空帶式過(guò)濾機(jī)，是一種高效、節(jié)能、自動(dòng)化程度高的固液分離設(shè)備。

1 立式加壓壓榨過(guò)濾機(jī)

立式加壓壓榨過(guò)濾機(jī)20世紀(jì)60年代出現(xiàn)于蘇聯(lián)，20世紀(jì)70年代芬蘭、美國(guó)等國(guó)家也相繼制造該種過(guò)濾機(jī)。自芬蘭生產(chǎn)出第一臺(tái)PF型壓濾機(jī)以來(lái)，技術(shù)發(fā)展較快，經(jīng)過(guò)不斷完善和改進(jìn)，壓濾機(jī)的整體技術(shù)水平有了很大的提高。立式加壓壓榨過(guò)濾機(jī)[8-11]整機(jī)為立式結(jié)構(gòu)，自動(dòng)化程度高、使用壽命長(zhǎng)；適合物料裝袋壓榨，也適合對(duì)廂式壓濾機(jī)的固相進(jìn)一步脫水。這種過(guò)濾設(shè)備廣泛應(yīng)用于沸石、黃金、鈾礦、蔗糖、鈦白粉、鎢產(chǎn)品、堿渣、廢酸中和渣等產(chǎn)品的過(guò)濾 [12-19]。

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)布置圖及工作原理示意圖

立式加壓壓榨過(guò)濾機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)布置如圖1所示，其工作原理如圖2所示。

1.2 設(shè)備特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

立式加壓壓榨過(guò)濾機(jī)是濾布行走壓濾機(jī)中最優(yōu)秀的機(jī)型，采用立式結(jié)構(gòu)，壓濾過(guò)程微機(jī)程序化控制，其過(guò)濾性能和分離性能較好，能過(guò)濾分離多種固液混合漿料。與水平真空帶式過(guò)濾機(jī)相比，具有以下特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：1）自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)能力大。采用觸摸屏+PLC控制系統(tǒng)，每步工序均通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行。同時(shí)主機(jī)工序循環(huán)時(shí)間短，進(jìn)料出料時(shí)間間隔短，單位時(shí)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)多，單位面積產(chǎn)能大。2）過(guò)濾速度快。過(guò)濾壓力達(dá)1MPa，提高了過(guò)濾速度，對(duì)各種黏細(xì)物料及要求固相含水量低的場(chǎng)合效果尤為顯著。3）脫水效果好。隔膜擠壓時(shí)可達(dá)到高達(dá)1.6MPa的擠壓壓力，其次在風(fēng)干工序0.8MPa的高壓風(fēng)穿透物料進(jìn)一步對(duì)物料進(jìn)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(gè)濾室單獨(dú)的入料口、洗滌口保證了濾室內(nèi)形成的固相厚度均勻，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)固相的充分洗滌，更少的洗水量即可達(dá)到相應(yīng)的洗滌效果。5）濾布使用周期長(zhǎng)。配備有自動(dòng)清洗裝置，在高達(dá)1.2MPa壓力下通過(guò)數(shù)量不等的噴嘴對(duì)濾布上下兩面進(jìn)行實(shí)時(shí)清洗，使濾布再生，提高了濾布使用壽命。6）節(jié)能環(huán)保?；緦?shí)現(xiàn)了過(guò)濾洗滌過(guò)程的全封閉作業(yè)，物料揮發(fā)量少，工作環(huán)境良好，設(shè)備占地面積小，便于回收廢氣；冷水洗滌效果好，無(wú)需加熱洗滌水，洗水量減少30%以上，同時(shí)降低了洗滌廢水的處理成本。

圖1 立式加壓壓榨過(guò)濾機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)布置圖Fig.1 the structural layout of vertical pressurized filter

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

2 工業(yè)試驗(yàn)

2.1 工藝流程的確定

根據(jù)2m2的加壓壓榨過(guò)濾模擬機(jī)取得的相關(guān)數(shù)據(jù)，確定投入某型號(hào)立式加壓壓榨過(guò)濾機(jī)應(yīng)用于草酸鈷車(chē)間的生產(chǎn)線上，其有效過(guò)濾面積40 m2，處理能力約 60～80kg·m-2·h-1，該設(shè)備的主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 立式加壓壓榨過(guò)濾機(jī)的主要參數(shù)Tab.1 the main parameters of vertical pressurized filter

工業(yè)級(jí)試驗(yàn)歷經(jīng)設(shè)備安裝、生產(chǎn)調(diào)試、穩(wěn)定運(yùn)行3個(gè)階段。經(jīng)過(guò)設(shè)備安裝、調(diào)試，在具備基本開(kāi)機(jī)條件后，進(jìn)行投料試驗(yàn)。確定試驗(yàn)工藝流程為：壓濾→風(fēng)干→洗滌→風(fēng)干→洗滌→風(fēng)干→擠壓→風(fēng)干→卸料→取樣化驗(yàn)。

2.2 過(guò)濾工藝的確定

根據(jù)前期模擬機(jī)試驗(yàn)結(jié)果，在工業(yè)級(jí)試驗(yàn)中初步確定以下參數(shù)：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?，F(xiàn)對(duì)其中某個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，研究該參數(shù)對(duì)干基氯離子含量、固相含水量等相關(guān)因素的影響，確定最優(yōu)的工藝參數(shù)。

2.2.1 洗水溫度對(duì)干基氯離子含量的影響

從圖3可知，對(duì)立式加壓壓榨過(guò)濾機(jī)而言，洗水溫度基本不影響干基氯離子含量，這與傳統(tǒng)設(shè)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(duì)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(guò)大的洗水量浪費(fèi)資源，還增加操作時(shí)間，因此應(yīng)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(duì)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(dāng)客戶要求干基氯離子含量小于0.01%時(shí)，固相厚度不宜超過(guò)30mm。當(dāng)固相厚度超過(guò)30mm后，如果增加洗水量及洗水時(shí)間，也能降低干基氯離子含量，但會(huì)增加生產(chǎn)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(guān)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(guān)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(guān)系Fig.5 The correlation between Cl-content on dry basis and thickness of solid phase

2.2.4 壓榨壓力對(duì)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(dāng)壓榨壓力超過(guò)1.2MPa時(shí)，固相含水量變化幅度較小，同時(shí)考慮到設(shè)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(guān)系Fig.6 The correlation between water content of solid phase and press pressure

2.2.5 優(yōu)化試驗(yàn)及結(jié)果分析

通過(guò)上述試驗(yàn)，將工藝條件設(shè)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(guò)濾機(jī)對(duì)草酸鈷料漿進(jìn)行過(guò)濾，工業(yè)化測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。從表2可知，干基氯離子含量均小于0.01%，達(dá)到了公司標(biāo)準(zhǔn)，滿足了客戶要求。

表2 草酸鈷工業(yè)化試驗(yàn)典型數(shù)據(jù)Tab.2 the typical data of cobalt oxalate industrial test

2.3 工業(yè)生產(chǎn)分析

經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行觀察，立式加壓壓榨過(guò)濾機(jī)在草酸鈷生產(chǎn)中表現(xiàn)出電耗低、產(chǎn)能大、金屬回收率高、環(huán)保效益好等特點(diǎn)，詳見(jiàn)表3。

3 結(jié)論

1）立式加壓壓榨過(guò)濾機(jī)應(yīng)用在草酸鈷的生產(chǎn)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。該設(shè)備過(guò)濾洗滌效果好、生產(chǎn)效率高、過(guò)濾成本低、物料質(zhì)量有保障，另外實(shí)現(xiàn)了整機(jī)的全自動(dòng)操作，大幅度節(jié)約了人力使用成本。

2） 較優(yōu)的工藝參數(shù)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(yè)生產(chǎn)分析Tab.3 industrial production analysis

3）隨著目前工業(yè)生產(chǎn)中環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，立式加壓壓榨過(guò)濾機(jī)作為一種節(jié)能降耗效果明顯的固液分離設(shè)備，是替換老舊過(guò)濾設(shè)備較為理想的選擇。