大型高效自動壓濾機(jī)及脫水工藝研究
發(fā)布時(shí)間：2018-4-23 6:55:59 來源： 作者：
隨著易選礦產(chǎn)資源的逐漸枯竭，復(fù)雜難選和低品位礦石量增加，磨礦粒度變得更細(xì)，導(dǎo)致精礦的脫水過濾變得越來越難。為解決難過濾礦物的過濾，一種高效的壓濾機(jī)被開發(fā)出來并逐漸應(yīng)用到了選礦廠的精礦過濾中。由于這類壓濾機(jī)在控制上都采用自動控制技術(shù)，一般稱此種高效壓濾機(jī)為自動壓濾機(jī)。
目前在我國選礦工業(yè)中得到成功應(yīng)用的自動壓濾機(jī)有多種，如芬蘭Larox公司開發(fā)的Lorox－PF自動壓濾機(jī)和北京礦冶研究總院開發(fā)的ZYLD自動壓濾機(jī)等。
北京礦冶研究總院早期研制的ZYLD自動壓濾機(jī)，單塊濾板面積為0.64m2，最大單機(jī)過濾面積15m2，已在陜西銀礦、陜西鉛銅山鉛鋅礦等中小型礦山得到了成功的應(yīng)用，應(yīng)用實(shí)踐證明可以有效地處理細(xì)而黏的難過濾選礦精礦，濾餅水分明顯低于真空過濾及板框壓濾機(jī)。但存在單臺設(shè)備過濾面積小，濾板等易損件消耗大，自動控制系統(tǒng)、濾板密封結(jié)構(gòu)不夠完善等問題，如果不進(jìn)行大型化研究和性能的進(jìn)一步完善，就難以適應(yīng)大型礦山難過濾礦物的過濾。
為解決以上高效壓濾機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，本項(xiàng)目通過對高效脫水工藝、濾板大型化、壓濾機(jī)自動控制技術(shù)、壓濾過程控制優(yōu)化等方面的研究，在ZYLD自動壓濾機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)出了新型的BPF系列自動壓濾機(jī)及脫水系統(tǒng)，單機(jī)最大過濾面積由原來的15m2增大到60m2。
一、高效壓濾脫水工藝的研究
自動壓濾機(jī)一個(gè)完整的工作過程包括：濾板合拔、入料壓濾、機(jī)械壓榨、風(fēng)干、濾板拉開、卸餅、濾布清選等。對脫水起決定作用的是“入料壓濾”、“機(jī)械壓榨”和“風(fēng)干”這三個(gè)過程。
（一）入料壓濾
濾板合攏形成濾室后，過濾漿液進(jìn)入壓榨板的隔膜和過濾板的濾布之間的濾室，在壓力作用下，液相透過濾布形成濾液排出壓機(jī)，固相被濾布截留形成濾查，逐漸增厚形成濾餅。當(dāng)濾餅增厚到適當(dāng)厚度時(shí)，停止壓入過濾漿液。
這個(gè)過程在將液壓入濾室的同時(shí)就開始了守濾作業(yè)，屬于一個(gè)濾餅過濾的過程。
物料性質(zhì)對此階段的影響較大。如物料粒度、料將濃度等，其中物料粒度是最基本的，而料將濃度顯著地影響過濾阻力。在低濃度時(shí)，將液中的細(xì)顆粒易使濾布孔眼堵塞。高濃度時(shí)，由于相互干擾，絕大部分顆粒不能進(jìn)入濾布孔眼而在其上成拱架橋，使濾孔在較長時(shí)間內(nèi)不被嚴(yán)重堵塞。所以預(yù)選將料漿濃縮，可以起到降低濾餅阻力，提高過濾效率的作用。
（二）壓榨脫水
壓榨脫水的方式有多種，應(yīng)用最廣泛的主要有兩種方式：一種是帶壓榨機(jī)的機(jī)械壓榨脫水，另一種是液力壓榨脫水。這兩種壓榨方式的效果對比如圖1所示，從圖中可看到，機(jī)械壓榨曲線明顯更陡，說明濾餅經(jīng)過機(jī)械壓榨后，達(dá)到相同濾餅孔隙率的時(shí)間明顯縮短。而液力壓榨脫水要達(dá)到相近的孔隙率時(shí)間就要延長好幾倍。濾餅的水分隨著孔隙率的減小而降低，所以機(jī)械壓榨可以明顯縮短濾餅的脫水時(shí)間。
圖1 機(jī)械壓榨與液力壓榨試驗(yàn)曲線
（三）風(fēng)干脫水
在壓榨完成后，濾餅的孔隙中仍殘留有部分水分，這時(shí)將壓縮空氣通入濾室，穿過濾餅，進(jìn)一步將濾餅中殘余水分帶走，這就是風(fēng)干脫水。風(fēng)干可分三個(gè)階段：穿透階段，置換階段和蒸發(fā)階段，各階段的作用效果大致如圖2所示。
圖2 風(fēng)干脫水三階段
1－穿透階段；2－置換階段；3－蒸發(fā)階段；4－氣體突破點(diǎn)；5－平衡點(diǎn)
從圖2中可看出，穿透階段排液量最多。而后進(jìn)入置換階段、蒸發(fā)階段。實(shí)際上，濾餅脫液過程無法全部排除微細(xì)孔隙中的毛細(xì)水和以水化膜形式存在于顆粒表面的液體。從圖2中可看出，在穿透階段結(jié)束后，濾餅的飽和度基本不再下降，濾餅水分已接近最終水分，而如果繼續(xù)吹氣風(fēng)干，只會增加壓縮空氣的消耗量。
所以，高效的壓濾脫水工藝是在“入料壓濾”過程的基礎(chǔ)上，通過增加“機(jī)械壓榨”和“風(fēng)干”脫水過程，以獲得更低水分的濾餅和更高的作業(yè)效率。
二、大型高效自動壓濾機(jī)的研究
（一）高效壓濾機(jī)的設(shè)計(jì)研究
高效壓濾機(jī)是實(shí)現(xiàn)高效壓濾脫水工藝的主體，所以，它首先必須能完成上述的高效脫水工藝。BPF自動壓濾機(jī)的主要脫水過程如圖3所示。
圖3 BPF自動壓濾機(jī)脫水過程
BPF自動壓濾機(jī)的“入料壓濾”采用離心泵提供過濾堆動力，壓力最高可達(dá)1MPa。采用的是隔膜壓榨，屬機(jī)械壓榨的一種，如圖3所示，在完成入料壓濾后，壓縮空氣被通入到壓榨板隔膜北面的壓榨室，推動隔膜擠壓濾餅，濾餅孔隙率迅速減小，從而起到快速脫水的作用。為了充分有效地把濾餅中的水?dāng)D壓出來，壓榨壓力應(yīng)該盡量高，考慮到密封等各方面因素，一般壓榨壓力控制在0.8～1.2MPa左右。完成壓榨后，壓縮空氣從壓榨板的入料品壓入濾室，進(jìn)入風(fēng)干過程。
此外，BPF自動壓濾機(jī)采用了濾板的整體拉開和合拔技術(shù)，可以明顯縮短濾板合攏和拉開時(shí)間，提高單位過濾面積的處理能力。由于采用了濾板整體拉開技術(shù)，在濾板拉開后可以通過設(shè)計(jì)的高頻振動卸餅裝置，使得卸餅更為徹底。為強(qiáng)化過濾介質(zhì)的再生，BPF自動壓濾機(jī)還設(shè)計(jì)了一套濾布的清選系統(tǒng)。
正是由于采用了以上幾方面的技術(shù)，使得BPF自動壓濾機(jī)的作業(yè)效率明顯高于普通壓濾機(jī)，其主機(jī)結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 BPF自動壓濾機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)
1－濾板；2－振動架；3－洗布裝置；4－機(jī)架；5－壓緊機(jī)構(gòu)
（二）高效壓濾機(jī)的大型化研究
為適應(yīng)大型礦山的難過濾礦物的過濾，高效壓濾機(jī)的單機(jī)過濾面積必須足夠大，而一味地通過增加單機(jī)濾板數(shù)量勢必會造成濾板的合攏拉開等輔助時(shí)間的延長，從而降低單位時(shí)間的處理能力，所以，只有加大單塊濾板的過濾面積，濾板的大型化是解決壓濾機(jī)大型化的關(guān)鍵。
由于入料及壓榨時(shí)濾室中壓力最高達(dá)1MPa，所以工作過程中濾板受著巨大的壓力。ZYLD壓濾機(jī)濾板在工業(yè)生產(chǎn)中有時(shí)會因兩面受力不均而造成濾板碎裂的現(xiàn)象，所以如果簡單地加大濾板面積，碎裂頭號題將更為突出。為解決這一難題，本項(xiàng)目主要從濾板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、濾板的材質(zhì)及加工工藝、濾板的密封方式等方面開展研究。
原ZYLD自動壓濾機(jī)的濾板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一面壓榨腔另一面過濾腔，所以兩面的工作性質(zhì)不一樣，這樣一旦出現(xiàn)異常，很容易在兩面產(chǎn)生較大的壓差而將濾板剪切損壞，ZYLD自動壓濾機(jī)的使用實(shí)踐也證明了這一點(diǎn)。而新型的BPF自動壓濾機(jī)徹底解決了這一問題，將壓濾板拆分成了壓榨板和過濾板兩種板，每種板采用了雙面對稱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。壓榨板，兩面都是壓榨腔；過濾板，兩面都是過濾室。這樣每塊濾板兩面的工作性質(zhì)完全一致，甚至可以聯(lián)通，就保證了濾板兩面的受力一致，明顯地改善了濾板的受力情況。
ZYLD壓濾機(jī)的濾板采用的是鑄鐵材質(zhì)，不但鑄鐵由于承受不了剪應(yīng)力易碎裂，而且加工極為復(fù)雜繁瑣，濾板加工成本高，針對以上問題，我們開發(fā)了增強(qiáng)聚丙烯材質(zhì)濾板，采用模具壓塑而成，并對增強(qiáng)聚丙烯材質(zhì)濾板，采用模具壓塑而成，并對增強(qiáng)聚丙烯材質(zhì)濾板，采用模具壓塑而成，并對增強(qiáng)聚丙烯過濾板進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用考察試驗(yàn)，實(shí)踐證明，此種濾板可以解決碎裂及加工成本高的問題，但在生產(chǎn)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)聚丙烯材質(zhì)濾板耐磨性不及鑄鐵濾板，風(fēng)干過程中風(fēng)蝕磨損現(xiàn)象比較明顯。針對以上實(shí)踐中出現(xiàn)的問題，我們將金屬及聚丙稀濾板的各自優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，開發(fā)了金屬與增強(qiáng)聚丙烯組合式濾板，濾板骨架及密封面采用金屬及增強(qiáng)聚丙烯組合式濾板，濾板骨架及密封面采用金屬材質(zhì)，濾道采用可方便更換的增強(qiáng)聚丙烯注塑件，這樣既解決了過濾板耐剪應(yīng)力及耐磨蝕的問題，又簡化了過濾板的加工，由于采用可更換濾道，濾板壽命也可明顯延長，目前已在工業(yè)中應(yīng)用。
隨著濾板面積的增大，密封面也相應(yīng)地變大，原來ZYLD壓濾機(jī)的濾板密封采用平板式橡膠隔膜密封，在濾板面積小時(shí)的相對密封是有效的，但在應(yīng)用到大濾板的密封時(shí)發(fā)現(xiàn)礦漿泄漏幾率明顯比以往的小面積
濾板大，針對此情況，我們采用了新的密封結(jié)構(gòu)，開發(fā)了新的橡膠隔膜，不再采用平面式密封設(shè)計(jì)，而是在濾板密封面處增加類似于迷宮式的密封設(shè)計(jì)，工業(yè)實(shí)踐考察證明，新型的濾板密封方式效明顯。
正是由于以上幾方面的突破，使得大面積濾板的開發(fā)得以順利進(jìn)行，針對目前實(shí)際需要，設(shè)計(jì)開發(fā)了單塊濾板有效過濾面積為1.0m2、1.2m2的BPF－10及BPF－12新型濾板，是原單塊濾板有效過濾面積
（0.64m2）的2～4倍。
濾板大型化技術(shù)的解決，為高效壓濾機(jī)的大型化奠定了基礎(chǔ)，目前開發(fā)出的單機(jī)最大過濾面積可達(dá)60m2。已在工業(yè)中應(yīng)用的最大面積的壓濾機(jī)是BPF－30型，過濾面積為30m2。
（三）高效壓濾機(jī)自動控制系統(tǒng)及過程控制的優(yōu)化研究
高效壓濾脫水過程除包括“入料、壓榨、風(fēng)干”三個(gè)主要過程外，還包括壓濾機(jī)濾板的合攏、卸料、濾布清洗、濾板拉開等輔助過程，過程比較復(fù)雜，而且相關(guān)的設(shè)備除了壓濾機(jī)外還有入料離心泵、皮帶輸
送機(jī)、濾布清洗用水泵、攪拌槽、氣體壓縮機(jī)和氣動閥門等輔助設(shè)備，它們與壓濾機(jī)之間都需要精確配合聯(lián)動。所以靠人工去實(shí)現(xiàn)這些這程的控制和設(shè)備的聯(lián)動是幾乎不可能的，必須有一個(gè)高效可靠的自動控
制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
壓濾機(jī)的控制系統(tǒng)主要完成三方面的功能，一是壓濾機(jī)本身的機(jī)械動作的精確性控制。二是對周邊輔助設(shè)備的聯(lián)動程序控制。三是對入料、壓榨、風(fēng)干、卸餅和洗布等主要和輔助脫水過程實(shí)現(xiàn)順序控制和控
制參數(shù)的調(diào)整、故障監(jiān)測等。
BPF自動壓濾機(jī)的自動控制系統(tǒng)由“程序控制”、“人機(jī)交互”、“邏輯控制電路”、“信號采集”、“電氣信號轉(zhuǎn)換”、“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”及“故障監(jiān)測診斷”七大部分組成。控制參數(shù)交互界面如圖5所示。
圖5 BPF自動壓濾機(jī)控制參數(shù)調(diào)整界面
在設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)“入料濃度”等漿液條件或過濾的指標(biāo)要求發(fā)生變化時(shí)，由操作人員通過圖5的操作界面及時(shí)修正主要控制參數(shù)，以保證壓濾脫水指標(biāo)和作業(yè)效率。
目前壓濾脫水過程控制參數(shù)的設(shè)定和修正主要是由操作人員根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)和知識來進(jìn)行的。由于不同的人經(jīng)驗(yàn)不同，容易導(dǎo)致壓濾脫水作業(yè)指標(biāo)和效率的波動。而壓濾過程主要控制參數(shù)的最優(yōu)值是保持脫
水作業(yè)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。顯然，僅依靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)是不可能求得這組最優(yōu)值的。
由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有模擬人腦思維和自學(xué)習(xí)的功能，本項(xiàng)目將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建模技術(shù)應(yīng)用到了壓濾脫水過程控制的優(yōu)化研究中，首先建立起神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿值模型實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的預(yù)測，在此基礎(chǔ)上研究了一
套“循序?qū)?yōu)”的壓濾過程控制參數(shù)的尋優(yōu)方法。
建模及尋優(yōu)程序在MATLAB軟件環(huán)境中編制運(yùn)行，選用RBF（徑向基函數(shù)）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，結(jié)果證明模型仿真值能夠很地逼近實(shí)際值，模型的逼近精度高。通過設(shè)計(jì)的尋優(yōu)方法，可以相應(yīng)得到不同入料
條件下的最優(yōu)控制參數(shù)值。
三、工業(yè)應(yīng)用
BPF自動壓濾機(jī)的壓濾脫不系統(tǒng)如圖6所示，系統(tǒng)主要由料漿濃縮設(shè)備（可選）、入料設(shè)備、壓濾機(jī)、濾餅輸送及壓縮空氣制備設(shè)備等組成。料漿先經(jīng)濃密機(jī)濃縮，然后進(jìn)入攪拌槽，再由離心泵泵入壓濾機(jī)進(jìn)
行過濾脫水，脫水完成后，拉開濾板，啟動皮帶輸送機(jī)將濾餅送往精礦倉，拉開完畢后，振動卸餅機(jī)構(gòu)自動啟動卸下殘殘留濾渣，隨后根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)定進(jìn)行洗布或直接入入下一個(gè)壓濾周期。
圖6 BPF自動壓濾機(jī)脫水系統(tǒng)
目前已有BPF－8、BPF－16、BPF－22、BPF－26、BPF－30自動壓濾機(jī)在選礦廠的脫水過濾中得到成功的應(yīng)用。
內(nèi)蒙古某銅礦處理原礦3000t/d，磨礦細(xì)度為－74μm占85%以上，日產(chǎn)銅精礦200～300t，原采用的是三臺外濾式真空過濾機(jī)對精礦進(jìn)行過濾。為提高脫水效率，該礦廠于2005年采用了1臺BPF－30自動壓
機(jī)用于替代一臺真空過濾機(jī)。改造后濾餅水分由原來真空過濾機(jī)的15.0%降低到8.0%左右，單位過濾面積處理能力達(dá)到350～450kg/m2·h。
四、結(jié)論
圍繞我國大型礦山和難過濾礦物的脫水難題而展開的大型高效壓濾機(jī)及脫水工藝的研究，通過對高效脫水工藝的研究、濾板的大型化研究、壓濾自動控制系統(tǒng)的研究及壓濾過程控制參數(shù)優(yōu)化的研究，成功開
發(fā)出了一套高效的壓濾脫水工藝系統(tǒng)和BPF自動壓濾機(jī)，并在工業(yè)中得到了成功的應(yīng)用，壓濾濾餅水分達(dá)到8.0%左右，單位面積處理能力右達(dá)350～450kg/m2·h，指標(biāo)及作業(yè)效率明顯高于真空過濾及普通壓濾
機(jī)，為解決我國大型礦山難過濾礦物的脫水找到了一條有效可行之路。