大型磷礦脫水用高分子立式圓盤過濾機(jī)特點(diǎn)和應(yīng)用

吳學(xué)榮，蘭正偉，唐 亮

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

傳統(tǒng)陶瓷過濾機(jī)采用微孔陶瓷濾板作為過濾介質(zhì)，應(yīng)用毛細(xì)效應(yīng)原理，在一定的壓強(qiáng)差作用下，懸浮液通過陶瓷濾板時(shí)，顆粒物被截留在介質(zhì)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(dá)到固液分離的目的。與其他形式的真空過濾設(shè)備相比，陶瓷過濾機(jī)具有過濾效率高、濾餅干度好、濾液透明度高、自動(dòng)化程度高、功耗低等特點(diǎn)。目前，陶瓷過濾機(jī)在有色金屬礦山、煤炭、化工、農(nóng)藥、制藥等多個(gè)行業(yè)都有著極其廣泛的應(yīng)用。

1 現(xiàn)狀與弊端

盡管目前的磷礦脫水陶瓷過濾機(jī)技術(shù)已趨于成熟，但經(jīng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，陶瓷過濾機(jī)仍存在單臺(tái)面積小、機(jī)身長(zhǎng)、濾板易斷裂、整機(jī)重量大、綜合使用成本高、物料適應(yīng)性差、再生效果不佳等不足。隨著國(guó)內(nèi)半水-二水濕法磷酸裝置規(guī)模的日趨增大，設(shè)計(jì)和研制一種大型化磷礦脫水用高分子立式圓盤過濾機(jī)就顯得尤為重要。

2 結(jié)構(gòu)組成與工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)組成

高分子立式圓盤過濾機(jī)是由進(jìn)料系統(tǒng)、洗滌系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、超聲波清洗系統(tǒng)、刮刀裝置、PLC電控系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、再生系統(tǒng)、中心主軸、高分子濾板、機(jī)架、料倉、主驅(qū)動(dòng)裝置等多個(gè)部件共同組成。高分子立式圓盤過濾機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1，高分子濾板結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 高分子立式圓盤過濾機(jī)結(jié)構(gòu)

注：1—進(jìn)料系統(tǒng)；2—洗滌系統(tǒng)；3—攪拌系統(tǒng)；4—超聲波清洗系統(tǒng)；5—刮刀裝置；6—PLC電控系統(tǒng)；7—真空系統(tǒng)；8—再生系統(tǒng)；9—中心主軸；10—高分子濾板；11—機(jī)架；12—料倉；13—主驅(qū)動(dòng)裝置

圖2 高分子濾板結(jié)構(gòu)

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(jī)與陶瓷過濾機(jī)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(jī)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(jīng)過一定的高溫?zé)Y(jié)制成。

如圖2所示，為達(dá)到設(shè)備大型化的目的，高分子濾板采用鋼塑一體化的組合式結(jié)構(gòu)(專利名稱：立式圓盤真空過濾機(jī)用濾板及設(shè)備，專利號(hào)：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(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的高轉(zhuǎn)矩，這樣的組合設(shè)計(jì)彌補(bǔ)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(dá)1m2以上。

2.2 工作原理

向料倉內(nèi)注入一定量的料漿后，在攪拌系統(tǒng)的作用下，料漿中固體顆粒能處于懸浮狀態(tài)。主驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)中心主軸和高分子濾板一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在真空系統(tǒng)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(jīng)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(jīng)濾板中空流道排出，從而達(dá)到固液分離的目的。

在高分子濾板表面微孔發(fā)生堵塞時(shí)，可以通過超聲波清洗系統(tǒng)、反吹風(fēng)和再生系統(tǒng)共同對(duì)高分子濾板進(jìn)行聯(lián)合清洗和再生，從而使高分子濾板的透水率能接近或恢復(fù)至初始值。

3 技術(shù)特點(diǎn)

(1)輕量化設(shè)計(jì)，可實(shí)施大型化。新型高分子濾板采用鋼塑一體的組合式設(shè)計(jì)，高分子濾板密度僅為陶瓷過濾機(jī)濾板的30%～40%，同等面積的高分子立式圓盤過濾機(jī)比陶瓷過濾機(jī)整機(jī)質(zhì)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(shè)備大型化實(shí)施較容易。目前，已在設(shè)計(jì)的高分子立式圓盤過濾機(jī)最大面積為240m2，是目前傳統(tǒng)陶瓷過濾機(jī)最大面積的2倍，其單個(gè)濾板的面積已達(dá)到1m2以上。由于盤數(shù)的大幅減少，高分子立式圓盤過濾機(jī)的機(jī)身長(zhǎng)度比陶瓷過濾機(jī)短45%以上。

(2)性價(jià)比高、綜合使用成本低。陶瓷濾板的燒結(jié)溫度往往要高出PE濾板數(shù)倍，其成品率遠(yuǎn)不如高分子濾板。另外，陶瓷板質(zhì)地較脆，在制作、運(yùn)輸、日常使用和維修等過程中，容易出現(xiàn)斷裂報(bào)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(jī)不同，多數(shù)情況下，高分子濾板可以利用一定壓力的空氣來進(jìn)行反吹再生，同時(shí)，還可輔以超聲波和化學(xué)清洗方式進(jìn)行聯(lián)合再生。高分子濾板能耐氫氟酸的腐蝕，濾板堵塞時(shí)可采用氫氟酸配比其他酸的方式進(jìn)行疏通，其再生效果相對(duì)較好。

(4)微孔粒徑范圍寬，制作難度低。陶瓷過濾機(jī)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(jù)待過濾物性質(zhì)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(qiáng)[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(duì)偏低些。

(5)對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)。磷礦球磨或浮選時(shí)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(huì)夾雜一些廢水、廢酸、氟離子等。此時(shí)的陶瓷濾板，尤其是表層薄膜層會(huì)與料漿中的氫氟酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而造成陶瓷板過濾性能降低，甚至失效的現(xiàn)象。PE高分子濾板在多種稀酸中的化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，尤其對(duì)氫氟酸有著較強(qiáng)的耐受性。因此，高分子立式圓盤過濾機(jī)比陶瓷過濾機(jī)對(duì)物料的適應(yīng)性更強(qiáng)。

4 應(yīng)用情況

2019年，江蘇新宏大集團(tuán)有限公司與湖北宜化松滋肥業(yè)有限公司使用一臺(tái)HDGFZ-30m2高分子立式圓盤過濾試驗(yàn)機(jī)對(duì)10萬t/a P2O5半水-二水濕法磷酸裝置浮選后的磷精礦進(jìn)行了相關(guān)脫水測(cè)試。設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 HDGFZ-30m2高分子立式圓盤過濾機(jī)技術(shù)指標(biāo)

通過相關(guān)的對(duì)比測(cè)試發(fā)現(xiàn)，使用氫氟酸配比其他酸對(duì)高分子濾板進(jìn)行強(qiáng)力再生后，濾板的抗堵塞能力和再生效果明顯優(yōu)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(jī)年開車率比陶瓷過濾機(jī)提高15.8%，設(shè)備運(yùn)行1年即可增加利潤(rùn)約58.6萬元，預(yù)計(jì)設(shè)備大型化后其經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。

5 結(jié)語

(1)高分子立式圓盤過濾機(jī)克服了傳統(tǒng)陶瓷過濾機(jī)整機(jī)質(zhì)量大、機(jī)身長(zhǎng)、剛度差的缺點(diǎn)。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(shè)備大型化。

(2)高分子濾板的成品率和性價(jià)比更高，綜合使用成本更低。

(3)與陶瓷板不同，高分子濾板對(duì)物料的適性應(yīng)更強(qiáng)，同時(shí)還可使用氫氟酸、反吹風(fēng)等方式進(jìn)行再生，其再生效果相對(duì)較好。

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