复合有机过滤板替代陶瓷过滤板可行性探讨

姚国新 陈湘清,2 熊道陵 郑慧慧 陈金洲 杨金鑫(.江西理工大学冶金与化学工程学院，江西 赣州 34000；2.中国铝业股份有限公司郑州研究院，河南 郑州 450000)

复合有机过滤板替代陶瓷过滤板可行性探讨

姚国新1陈湘清1,2熊道陵1郑慧慧1陈金洲1杨金鑫1(1.江西理工大学冶金与化学工程学院，江西 赣州 341000；2.中国铝业股份有限公司郑州研究院，河南 郑州 450000)

陶瓷过滤机是一种普遍采用的高效、节能、环保型固液分离设备。简述了陶瓷过滤机的工作原理，指出目前普遍使用的陶瓷过滤板存在易堵塞、难清洗、覆膜边角处易损坏漏气、清洗时会爆板等突出问题，介绍了新研制的可克服陶瓷过滤板所存在问题的新型复合有机过滤板的性能特点。通过试验表明复合有机过滤板在提高处理能力方面具有明显的优势，增产能力达14.85%，但在滤饼的脱水效果方面略逊于陶瓷过滤板，滤饼含水率较陶瓷过滤板的高0.57个百分点。可见，复合有机过滤板有利于提高陶瓷过滤机的工作效率和企业的经济效益，具有广阔的推广应用前景。

陶瓷过滤机 陶瓷过滤板 复合有机过滤板

陶瓷过滤机于20世纪80年代末由芬兰奥托昆普公司研制成功。由于其不仅比盘式真空过滤机性能优良，而且可节省动力消耗约10%[1]，因此成为了过滤领域占主导地位的真空脱水设备。1994年广东凡口铅锌矿首先引进了该设备[2]，经过20 a的普及、推广，陶瓷过滤机随着尾矿干堆工艺技术的发展，又成功应用于细粒尾矿浆的脱水。

1 陶瓷过滤机的工作原理

陶瓷过滤机与盘式过滤机等类似，都是利用过滤介质的内外压差，使矿浆中的水通过过滤介质间的微孔收集、固体微细粒则吸附在过滤介质的外表面形成滤饼而实现固液分离的。

陶瓷过滤机所具有的高效节能优势主要依赖于陶瓷过滤板的“透水不透气”特性，因此，陶瓷过滤板是陶瓷过滤机的核心。

陶瓷过滤机的工作流程可分为滤饼吸附(真空区)、滤饼脱水(干燥区)、滤饼刮除(卸料区)、滤板洗涤(反冲洗区)和停车清洗[3]等5个阶段4个作用区，工作流程示意见图1。

图1 陶瓷过滤机工艺流程

(1)滤饼吸附。在陶瓷过滤板内外压强差的作用下，料浆中的固体微细颗粒吸附在滤板表面形成滤饼。

(2)滤饼脱水。吸附有滤饼的过滤板离开料浆面，在真空作用下，继续脱除滤饼中含有的水分，滤饼吸附和脱水阶段脱除的滤液均通过集液管经分配头到达真空桶[4]。

(3)滤饼刮除。吸附有滤饼的过滤板到达卸料区时，滤饼由按一定规律摆放的刮刀刮下，掉落的滤饼通过输送皮带进入料仓。

(4)滤板洗涤。真空桶中的滤液水经处理后通过反冲洗系统回到分配头，经由分配头进入反冲洗管路，由内而外地清洗陶瓷过滤板。

(5)停车清洗。陶瓷过滤机连续工作一段时间后，滤板表面或内部会产生堵塞现象，需要进行停车清洗，一般采用化学清洗、反冲水清洗和超声物理清洗联合的方法进行停车清洗。

2 陶瓷过滤板所存在的问题

(1)陶瓷板堵塞后的恢复困难。虽然陶瓷过滤机配有反冲洗系统及阶段酸洗系统，但仍不能很好地解决陶瓷板堵塞问题。陶瓷板在过滤矿山选别作业产品时，所处理矿浆中不可避免地存在些粒径小于陶瓷板微孔的颗粒，随着滤板工作时间的延长，微孔被堵塞的现象也越来越严重，进而影响到过滤板的过滤性能。龚惠娟等[5]曾报道安徽某铜矿在陶瓷过滤板堵塞严重时滤饼水分会高达25%左右，频繁更换陶瓷板会严重影响生产的正常进行。罗益军等[6]对堵塞的陶瓷过滤板进行分析后发现，陶瓷过滤板发生堵塞的部位位于陶瓷板基板与过滤膜交界处，堵塞的成分主要是硅溶胶类物质。陶瓷过滤板在进行酸洗时通常使用硝酸与草酸，对硅溶胶类物质没有溶解作用，若采用对硅溶胶类物质有很好溶解性的氢氟酸，则会对以含硅物质为黏连剂的陶瓷板造成伤害。因此，陶瓷板堵塞后的恢复非常困难。

(2)陶瓷过滤板覆膜边角处易损坏漏气。目前，陶瓷过滤板采用先进的覆膜工艺进行生产，板内使用高强度大孔基材，表面涂覆超薄高性能陶瓷过滤膜，过滤膜与基板的结合采用二次烧成工艺[7]。虽然这种陶瓷板整体强度大，但在手工安装这些分量较重的过滤板时，以及清洗过程中的频繁搬运等均难以避免碰撞、摩擦过滤板，以致板边角处的薄膜层极易破碎，露出内层大孔径基板，使用时空气可由此处进入过滤板内腔，消耗腔内真空，造成过滤性能下降。笔者考察发现，使用一段时间的陶瓷过滤板约有80%存在边角破损现象。

(3)陶瓷过滤板自重大。陶瓷过滤板虽属于多孔材料，内部有孔道结构，但分量仍较大，这种材质做出的过滤板不仅不便于搬运、安装以及增大设备运转所需动力，更为重要的是陶瓷过滤机陶瓷板过滤面积不能超过6 m2，否则会因过滤板力矩过大而损坏过滤板的底座，从而限制陶瓷过滤机的大型化。专利ZL201120083575.6[8]和专利ZL201310172846.4[9]分别通过改变陶瓷板底座固定方式和改变过滤板板体结构来增大过滤板的过滤面积。

(4)陶瓷过滤板有爆板现象。陶瓷过滤板的制作工艺是先烧制2个凹板基体(膜组件)[10]，将烧制好的2个基体用环氧树脂黏合在一起，再在2个基板外表面涂覆氧化铝薄膜材料二次烧制成中空结构的过滤板。这种过滤板不能承受较大的超声波频率和压缩空气压力(一般在0.1 MPa左右)，否则过滤板会爆破。在使用过程中，过滤板的堵塞不可避免，堵塞后的过滤板承受的压力会发生变化，同一转轮上的过滤板堵塞程度往往也有差异，这就增大了超声波频率控制和反冲洗压力控制的难度，承压能力较小的过滤板较易爆板。贵州川恒化工有限公司曾因超声频率和反冲洗压力控制不当造成过陶瓷板的爆板[11]。

3 复合有机过滤板的优势分析

复合有机过滤板为某公司成功研制的一种新型过滤介质，与传统陶瓷过滤板比较具有以下优势：

(1)一次性烧制成型，简化了生产工艺，降低了生产成本，避免了爆板隐患。

(2)有机材料密度小，单板质量轻，仅为陶瓷板的30%，用于陶瓷过滤机可显著降低陶瓷过滤机负荷，大大突破过滤板过滤面积限制。

(3)复合有机板整体强度大、韧性强，在发生碰撞、摩擦时不易碎裂、破损。

(4)陶瓷过滤板为满足“透水不透气”特性，微孔孔径限定在2 μm以下；而复合有机板孔径可根据待过滤物料性质选择适宜的过滤板孔径，大小范围可放宽至0.02～15 μm，灵活性更强，企业所获得的经济效益更大。

(5)复合有机板的最大优势是可以有效地解决陶瓷板的堵塞问题。复合有机板为整体板，表面无覆膜，不存在陶瓷板基板和覆膜交接处易堵塞问题；另外，复合有机板具有很强的耐氢氟酸性，当过滤板出现堵塞问题，可以采用氢氟酸等酸联合清洗方法解决堵塞问题，堵塞后的再生效果好。

4 复合有机过滤板的过滤性能试验

陶瓷过滤机作为一种真空过滤设备，衡量其过滤介质优劣的重要指标是过滤性能，而过滤设备的过滤性能包括滤饼产量和滤饼含水率。下边对复合有机过滤板和陶瓷过滤板进行单板过滤性能比较试验。

4.1 试验原料与试验方法

(1)试验原料及器材。表面积为1 245.32 cm2的陶瓷过滤板与复合有机过滤板，碳酸钙粉(-600目占80%)，水环式真空泵，鼓风机，搅拌槽，烘箱，秒表等。

(2)试验方法。配制浓度为45%的碳酸钙矿浆，将配制好的矿浆添加到搅拌槽中，采用气流搅拌方式混匀矿浆，过滤试验前将搅拌槽内安放的气流分布器打开，以保证在过滤过程中矿浆微粒处于稳定悬浮状态。过滤板在矿浆搅拌均匀后放入搅拌槽中，根据不同的试验需求控制不同吸料和干燥时间，试验结束后分别检测过滤板产量和脱水情况。

4.2 复合有机过滤板与陶瓷过滤板产量对比试验

调整过滤板浸没在矿浆中的时间，过滤板离开矿浆界面后的脱水时间均为8 min,考查不同过滤时间内不同过滤板的滤饼产量，试验结果见图2。

图2 过滤板产量对比试验结果

由图2可以看出，随着过滤时间的延长，过滤板的滤饼产量均呈增大趋势；过滤时间相同，复合有机过滤板的产量明显高于陶瓷过滤板，过滤板在矿浆中浸没的时间为5 min时二者的产率差为425 cm3，复合有机过滤板增产14.85%。

4.3 复合有机过滤板与陶瓷过滤板脱水能力对比试验

固定过滤板浸没在矿浆中的时间为5 min，当过滤板离开矿浆界面后调整脱水时间，考查不同过滤板对滤饼脱水能力的影响，试验结果见图3。

图3 过滤板脱水能力对比试验结果

由图3可以看出，随着脱水时间的延长，滤饼含水率均呈先快后慢的下降趋势，但陶瓷过滤板短时间脱水，滤饼的含水率下降更加明显；脱水时间相同时，复合有机板的滤饼含水率略高于陶瓷过滤板，脱水时间同为8 min时，复合有机板滤饼含水率较陶瓷过滤板高0.57个百分点。

4.4 过滤性能试验小结

过滤性能试验表明，陶瓷过滤板因其孔径限定的原因，在相同的过滤时间内料浆处理量明显低于复合有机过滤板，相同条件下复合有机过滤板的产量高出陶瓷过滤板14.85%；复合有机过滤板虽然在处理量上明显占优，但受其材料亲水性质的影响，滤饼含水率较陶瓷过滤板高0.57个百分点。

5 结 语

(1)陶瓷过滤机是一种高效、节能、环保的固液分离设备，其陶瓷过滤板存在的问题较多，最突出的问题是易堵塞、难清洗、覆膜边角处易损坏漏气、清洗时会爆板等，这些问题不仅影响过滤机工作效率，而且影响生产的稳定、增大生产成本。

(2)基于改善陶瓷过滤板缺陷而研发的复合有机板克服了过滤板易堵塞、爆板和边角破碎的问题，在堵塞过滤板恢复再生方面，复合有机板相比陶瓷过滤板有着绝对的优势。

(3)复合有机过滤板和陶瓷过滤板的过滤性能测试表明，复合有机板在提高处理能力方面具有明显的优势，增产能力达14.85%；在滤饼脱水效果方面略逊于陶瓷过滤板，滤饼含水率较陶瓷过滤板高0.57个百分点。

(4)复合有机过滤板有利于提高陶瓷过滤机的工作效率和企业的经济效益，具有广阔的推广应用前景。

[1] 吴伯明.陶瓷过滤机用过滤板的改进及应用[J].现代矿业,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] 罗益军,贺 俊,蒋建平.浅析影响覆膜增强型陶瓷过滤板平整度的因素[J].江苏陶瓷,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] 吴伯明,许 锋.陶瓷过滤机真空系统常见问题分析[J].矿冶工程,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] 杨守志,孙德堃,何芳箴.固液分离[M].北京:冶金工业出版社,2003. Yang Shouzhi，Sun Dekun，He Fangzhen.Solid-liquid Separation[M].Beijing:Metallurgical Industry Press,2003.

[5] 龚惠娟,陈泽智,赵红芬,等.用于铜精矿过滤的陶瓷过滤机滤板堵塞成因分析[J].有色金属：选矿部分,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] 罗益军,刘文权,蒋建平.硅溶胶堵塞陶瓷过滤板机理初探[J].江苏陶瓷,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] 刘康时.陶瓷工艺学原理[M].广州:华南理工大学出版社,1997. Liu Kangshi.Ceramics Processing[M].Guangzhou:South China University of Technology Press,1997.

[8] 王先荣,马庆文.大面积微孔扇形陶瓷过滤板:中国,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] 吕迎阳.一种大型陶瓷过滤板:中国,201310172846.4[P].2013-09-11. Lu Yingyang.A large ceramic filter plate:China,201310172846.4[P].2013-09-11.

[10] 赵小林,丁 健,谭 静,等.陶瓷过滤机在生产中异常现象分析及措施[J].价值工程，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] 王永辉.陶瓷过滤机用复合过滤板高效节能机理探析[J].环境保护与循环经济,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.

(责任编辑 罗主平)

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

国家自然科学基金项目(编号：51364014)，江西省科技厅科技项目(编号：20133BBG70003)，江西省教育厅科技项目(编号：GJJ11458，GJJ11476，GJJ10157)。

姚国新(1989—)，男，硕士研究生。通讯作者 陈湘清(1976—)，男，教授级高级工程师，博士后。

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