大型磷矿脱水用高分子立式圆盘过滤机特点和应用

吴学荣，兰正伟，唐 亮

(1.江苏新宏大集团有限公司 江苏 兴化 225721；2.湖北宜化松滋肥业有限公司 湖北 松滋 434200)

传统陶瓷过滤机采用微孔陶瓷滤板作为过滤介质，应用毛细效应原理，在一定的压强差作用下，悬浮液通过陶瓷滤板时，颗粒物被截留在介质的表面形成滤饼，而液体则透过陶瓷滤板微孔后排出，从而达到固液分离的目的。与其他形式的真空过滤设备相比，陶瓷过滤机具有过滤效率高、滤饼干度好、滤液透明度高、自动化程度高、功耗低等特点。目前，陶瓷过滤机在有色金属矿山、煤炭、化工、农药、制药等多个行业都有着极其广泛的应用。

1 现状与弊端

尽管目前的磷矿脱水陶瓷过滤机技术已趋于成熟，但经调查后发现，陶瓷过滤机仍存在单台面积小、机身长、滤板易断裂、整机重量大、综合使用成本高、物料适应性差、再生效果不佳等不足。随着国内半水-二水湿法磷酸装置规模的日趋增大，设计和研制一种大型化磷矿脱水用高分子立式圆盘过滤机就显得尤为重要。

2 结构组成与工作原理

2.1 结构组成

高分子立式圆盘过滤机是由进料系统、洗涤系统、搅拌系统、超声波清洗系统、刮刀装置、PLC电控系统、真空系统、再生系统、中心主轴、高分子滤板、机架、料仓、主驱动装置等多个部件共同组成。高分子立式圆盘过滤机结构见图1，高分子滤板结构见图2。

图1 高分子立式圆盘过滤机结构

注：1—进料系统；2—洗涤系统；3—搅拌系统；4—超声波清洗系统；5—刮刀装置；6—PLC电控系统；7—真空系统；8—再生系统；9—中心主轴；10—高分子滤板；11—机架；12—料仓；13—主驱动装置

图2 高分子滤板结构

注：101—金属钢骨架；102—高分子滤板；103—集液管；104—中空流道

如图1所示，高分子立式圆盘过滤机与陶瓷过滤机的工作原理基本类似，不同之处在于，高分子立式圆盘过滤机使用一种新型PE高分子滤板代替陶瓷滤板。该高分子滤板由PE粉末、填充物、助剂等混和后，再经过一定的高温烧结制成。

如图2所示，为达到设备大型化的目的，高分子滤板采用钢塑一体化的组合式结构(专利名称：立式圆盘真空过滤机用滤板及设备，专利号：201520979596.4)，其中心部位工作面为中空密度板，外边框是一圈拼焊制成的金属钢骨架，主要用来传递滤板旋转时产生的高转矩，这样的组合设计弥补了大面积非金属滤板自重大、承载能力不足的缺陷，这种组合式滤板过滤单面积可达1m2以上。

2.2 工作原理

向料仓内注入一定量的料浆后，在搅拌系统的作用下，料浆中固体颗粒能处于悬浮状态。主驱动装置带动中心主轴和高分子滤板一起做旋转运动。在真空系统作用下，料浆中的固体颗粒被吸附到高分子滤板表面形成滤饼，滤饼经过洗涤、吸干后被刮刀装置卸到料仓外。料浆中液体则透过高分子滤板并流经滤板中空流道排出，从而达到固液分离的目的。

在高分子滤板表面微孔发生堵塞时，可以通过超声波清洗系统、反吹风和再生系统共同对高分子滤板进行联合清洗和再生，从而使高分子滤板的透水率能接近或恢复至初始值。

3 技术特点

(1)轻量化设计，可实施大型化。新型高分子滤板采用钢塑一体的组合式设计，高分子滤板密度仅为陶瓷过滤机滤板的30%～40%，同等面积的高分子立式圆盘过滤机比陶瓷过滤机整机质量轻15%以上。另外，与非金属陶瓷滤板相比，钢塑一体组合式滤板的刚度和平整度更高，设备大型化实施较容易。目前，已在设计的高分子立式圆盘过滤机最大面积为240m2，是目前传统陶瓷过滤机最大面积的2倍，其单个滤板的面积已达到1m2以上。由于盘数的大幅减少，高分子立式圆盘过滤机的机身长度比陶瓷过滤机短45%以上。

(2)性价比高、综合使用成本低。陶瓷滤板的烧结温度往往要高出PE滤板数倍，其成品率远不如高分子滤板。另外，陶瓷板质地较脆，在制作、运输、日常使用和维修等过程中，容易出现断裂报废，故高分子滤板比陶瓷过滤板综合使用成本低30%～50%。

(3)再生方式选择灵活、效果好。与陶瓷过滤机不同，多数情况下，高分子滤板可以利用一定压力的空气来进行反吹再生，同时，还可辅以超声波和化学清洗方式进行联合再生。高分子滤板能耐氢氟酸的腐蚀，滤板堵塞时可采用氢氟酸配比其他酸的方式进行疏通，其再生效果相对较好。

(4)微孔粒径范围宽，制作难度低。陶瓷过滤机为满足“透水不透气”的特性要求，其微孔孔径通常限制在约2μm，而高分子滤板孔径可根据待过滤物性质选择适宜的过滤板孔径，其微孔粒径范围可放宽至0.02～15μm，灵活性更强[1]。采用15～20μm孔径的高分子滤板，辅助升降式超声波震赫，能有效地解决陶瓷板的堵塞问题。高分子滤板为整体板，表面无覆膜，不存在陶瓷板基板和覆膜交接处易堵塞的问题[2]，故总体而言，高分子滤板的制作难度相对偏低些。

(5)对物料的适应性强。磷矿球磨或浮选时所用到的配浆液往往来自于其他工段的工艺水，这部分工艺水难免会夹杂一些废水、废酸、氟离子等。此时的陶瓷滤板，尤其是表层薄膜层会与料浆中的氢氟酸发生化学反应，从而造成陶瓷板过滤性能降低，甚至失效的现象。PE高分子滤板在多种稀酸中的化学性质相对稳定，尤其对氢氟酸有着较强的耐受性。因此，高分子立式圆盘过滤机比陶瓷过滤机对物料的适应性更强。

4 应用情况

2019年，江苏新宏大集团有限公司与湖北宜化松滋肥业有限公司使用一台HDGFZ-30m2高分子立式圆盘过滤试验机对10万t/a P2O5半水-二水湿法磷酸装置浮选后的磷精矿进行了相关脱水测试。设备主要技术指标见表1。

表1 HDGFZ-30m2高分子立式圆盘过滤机技术指标

通过相关的对比测试发现，使用氢氟酸配比其他酸对高分子滤板进行强力再生后，滤板的抗堵塞能力和再生效果明显优于陶瓷滤板，高分子滤板的使用周期比陶瓷滤板提高20.5%，高分子立式圆盘过滤机年开车率比陶瓷过滤机提高15.8%，设备运行1年即可增加利润约58.6万元，预计设备大型化后其经济效益更加显著。

5 结语

(1)高分子立式圆盘过滤机克服了传统陶瓷过滤机整机质量大、机身长、刚度差的缺点。钢塑一体化组合式高分子滤板比陶瓷滤板刚度、平整度高，更适合设备大型化。

(2)高分子滤板的成品率和性价比更高，综合使用成本更低。

(3)与陶瓷板不同，高分子滤板对物料的适性应更强，同时还可使用氢氟酸、反吹风等方式进行再生，其再生效果相对较好。

(4)高分子滤板粒径控制方法相对容易，其粒径范围比陶瓷板更宽，0.02～0.5微米级的高分子立式圆盘过滤机还可应用于滤液浓缩、污水净化、反渗透前置预处理等，故其市场前景比传统陶瓷过滤机更好。