陶瓷过滤机在陕西震奥鼎盛铅锌矿的应用

周金民 张柏春 张 霆

（宝鸡西北有色七一七总队有限公司）

陕西震奥鼎盛铅锌矿自建矿以来，精矿过滤设备一直使用GW-10 m2型外滤式真空过滤机，该类型过滤机存在处理能力小、单耗高、滤布孔隙大、劳动强度大等缺点［1-2］。随着原矿品位的降低、有用矿物嵌布粒度的减小，为使铅锌矿物达到较理想的单体解离状态，工艺要求磨矿细度需达-0.074 mm65%以上；同时铅、锌精矿矿浆呈碱性且黏滞、流变性较差，在过滤过程中细粒-微细粒矿物颗粒易被过滤介质丝织物束缚，附着于滤布上，导致滤布透气性变差易堵塞滤布，使过滤效果变差，最终限制处理能力的提升，滤饼水分居高不下。生产中，为保持过滤机的工作状态，必须频繁更换滤布，从而降低了作业效率、增加了过滤成本且工人劳动强度较大。

随着国家绿色、节能、环保可持续发展战略理念的逐步推行，矿山等传统企业转型升级势在必行。陕西震奥鼎盛铅锌矿为不断加强环保节能技术的更新及应用，促进节能减排，提高企业的经济效益和生态效益，进一步提升过滤设备的处理能力，降低过滤能源消耗，控制生产成本，改善过滤质量，更新选用技术先进的过滤设备势在必行［3-4］。

陶瓷过滤机是一种利用负压原理和毛细微孔原理工作的盘式过滤机，过滤介质采用具有选择透过特性的微孔陶瓷板，在过滤生产过程中，通过使陶瓷板内腔产生真空而与外部具有较大的压力差，将悬浮在槽中的物料在负压的作用下被吸附在陶瓷板上。由于微孔陶瓷板的选择透过性，物料中的水分可通过陶瓷板后外排或储存再利用，而固体物料则被留在陶瓷板表面形成滤饼，之后剥离即可。经考察调研，决定选用TC/45-C型陶瓷过滤机替代当前过滤机，并对陶瓷过滤机的工作参数进行匹配性优化，最终取得了良好的工业应用效果。

1 过滤效果评价指标及影响因素

过滤机的过滤效果从生产结果来看，通常用滤饼的含水量、滤液的固体含量、过滤器单位面积的处理能力3 个指标来评价；从生产影响因素来看，过滤效果的好坏与真空度、矿浆性状以及选用的过滤介质等密切相关。

（1）真空度影响。TC/45-C 型陶瓷过滤机为真空过滤机，即利用真空产生负压来工作，其真空度的高低对生产效率、滤饼含水量和滤液中的固体含量均有很大的影响。通常而言，真空度越高，即压力差越大，过滤机的处理能力越高，滤饼含水量越低，但过高的真空度，容易使细小颗粒固体透过过滤板，造成滤液中固体含量增大，从而影响过滤效果。

（2）矿浆性质影响。与过滤效果相关的矿浆性质影响因素包括矿浆的浓度、粒度、温度等。在相同的条件下，通常提高矿浆的浓度，即矿浆初始含水量降低，就可以使过滤难度降低，提高过滤机的过滤效果。矿浆固体物料的粒度越细，滤饼越难脱水，对真空度要求越高，且越容易黏在陶瓷板上，影响工作效率。温度对过滤的影响主要与矿浆黏度有关，温度越高，矿浆黏度越低，过滤阻力就越小，从而可以提高过滤能力，降低滤饼含水量，增加滤饼厚度。

（3）过滤介质。在保证强度需求的前提下，理想的过滤介质应该具有过滤阻力小、滤液中固体含量少、不易堵塞、易清洗等特点。除陶瓷过滤板外，常见的过滤介质还有金属丝滤布、尼龙滤布等。金属丝滤布的优点是过滤阻力较小、不易堵塞、滤饼易脱落，缺点是滤液中的固体含量较高；尼龙滤布，特别是锦纶毯的特点是耐用，滤饼易脱落，滤饼含水率低，滤液中固体含量少，但价格成本偏高；而基于毛细微孔原理的陶瓷过滤板同时具有过滤阻力小、滤液中固体含量少、不易堵塞、易清洗、使用周期长的优势。

2 过滤原理及技术参数对比

2.1 新旧过滤机过滤原理对比

2.1.1 GW-10m2型外滤式真空过滤机

GW-10m2型外滤式真空过滤机工作时，筒体浸入装有矿浆的弧形矿浆槽中并缓慢旋转，通过分配头的作用，每个滤室依次通过过滤区、干燥区、吹落区。由于负压作用，矿浆被吸附于筒体上形成滤饼，随着圆筒旋转，形成的滤饼随之离开液面进入干燥区，进一步脱水，到吹落区，借助高压风将滤饼卸下。

2.1.2 TC/45-C型陶瓷过滤机

TC/45-C 型陶瓷过滤机工作过程包括滤饼形成、滤饼脱水、滤饼剥离、反冲洗和混合清洗等步骤［5］，整个工作程序可通过PLC 编程控制，并且可自动或手动连续进行。

（1）滤饼形成。陶瓷滤板进入矿浆区，在无外力影响下，矿浆由于毛细微孔作用透过陶瓷过滤板上的微孔进入绝对真空的滤液管道，而固体颗粒则被过滤板拦截并吸附在表面，初步形成滤饼。

（2）滤饼脱水。滤板跟着辊筒旋转，带有物料的陶瓷滤板离开矿浆进入脱水区，此时毛细作用持续发生，在-0.090～-0.098 MPa 的负压吸附作用下，滤板表面堆积的物料会被脱水，其中残留的水分会不断渗透进入水管路，到达滤液桶内。

（3）滤饼剥离。滤饼经过脱水区后进入卸料区，紧挨滤板的刮刀会将黏附在滤板上的滤饼刮落。

（4）反冲洗。在脱水时，滤板外的水在毛细作用和负压作用下，经过微孔流向滤板内部，而反冲洗时，水在反冲压力下由陶瓷滤板内部向外渗透，以清洗表面残余物和疏通微孔，保持下一过滤循环的工作效率。

（5）混合清洗。经过一段周期的生产运行后，需对陶瓷过滤板进行超声波和稀酸联合清洗，促使滤板再生，从而保持滤板长期高效率工作，并延长使用寿命。

陶瓷过滤机的生产和使用状况是由陶瓷过滤板质量的好坏直接决定的。陶瓷过滤板的材质、孔径、强度都对最终的过滤效果有一定的影响：①由于生产需求，对陶瓷过滤板材质的亲水性提出了较高的要求，目前具有较好亲水性的材质有氧化铝、刚玉、碳化硅等；②透水率越高的陶瓷过滤板其吸水性能越好，脱水更快；③过滤孔径更大的陶瓷过滤板吸水更容易，同时也更容易被物料堵塞，因此需要根据物料粒径来选择合适的孔径。常见的陶瓷过滤板主要有棕刚玉和白刚玉2 种材质。其中棕刚玉的主要成分为A1203，含量为94.5%，其主要杂质为铁。生产中陶瓷过滤板长时间浸泡在硝酸溶液中，会影响陶瓷板的整体强度，且无法重新烧制，更换维护成本较高；而白刚玉中的Al203含量达99.5%以上，这使得其不仅强度较高，化学性状也更加稳定，即使经过多次烧制，其密度和强度也基本不受影响，可满足实际生产要求。综合考量，设计选用白刚玉材质的陶瓷板。

由于工作环境，陶瓷过滤机在长期使用过程中会有碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、硅酸盐和氢氧化物等在内的大量化学结垢和颗粒、黏泥等积聚堵塞在陶瓷过滤板中，这些污垢会明显降低过滤效率，甚至使过滤能力丧失。因此，需对其定期进行清理、溶解，疏通过滤板微孔，使过滤能力得以恢复。TC/45-C型陶瓷过滤机安装了方便维护的超声波清洗、酸洗和反冲装置，一方面有效延长了过滤板的使用寿命，另一方面保证了过滤板的过滤效果和过滤能力。由这些装置共同完成的联合清洗在一定程度上决定着陶瓷过滤板的工作效率。超声波清洗即通过超声波振动对陶瓷过滤板施加能量，使堵塞在其中的与过滤板具有不同振动频率的结垢、颗粒等剥离；酸洗即用少量的硝酸溶解滤板中的化学结垢；反冲洗在开车时进行，陶瓷板会在反冲洗装置作用下进行反冲洗，反冲洗压力越大，清洗效果越明显。与GW-10m2型外滤式真空过滤机相比，TC/45-C 型陶瓷过滤机具有智能化、高效率、连续性强的特点［6］。

2.2 新旧过滤机技术参数对比

新旧过滤机技术参数见表1。

由表1 可知，TC/45-C 型陶瓷过滤机的过滤真空度及有效过滤面积更大，工作过程的循环性更好，并且整个工作过程可通过PLC智能化控制。

3 工业应用技术指标对比

新旧陶瓷过滤机在震奥鼎盛铅锌矿工业应用技术指标对比见表2。

由表2 可知，TC/45-C 型陶瓷过滤机各项指标均优于GW-10m2型外滤式真空过滤机，实现了滤饼水分小于8%，台时处理能力成倍提高的目的。

GW-10m2型过滤机为外滤式真空过滤机，筒体的外表面通过隔条沿圆周方向分成数个轴向贯通的过滤室，各室间互不通气，每个过滤室均加装有过滤板；筒体浸入装有矿浆的弧形矿浆槽中并缓慢旋转，矿浆槽中的矿浆在压力差的作用下透过滤布形成滤液，固体颗粒被阻隔在滤布上成为滤饼；由于分配头的作用，每个滤室依次通过过滤区、干燥区、吹落区，随着圆筒旋转，滤饼离开液面进入干燥区进一步脱水，在吹落区借助高压风卸下。随着使用时间的累积，该外滤式真空过滤机使用的滤布、隔条因腐蚀、磨损、刮伤等，滤布、隔条会不同程度破损。

4 备品备件更换频次

GW-10m2型外滤式真空过滤机主要易损件为滤布，由于选矿生产过程的影响，导致滤布更换周期不稳定，滤布更换周期见图1。矿浆中钙离子偏高时，滤布容易富集钙的化合物结晶，滤布过滤性能下降，不仅电能消耗过大，而且过滤效率大幅度降低。

TC/45-C 型陶瓷过滤机主要易损件为陶瓷片，陶瓷片具有高熔点、高硬度、高化学稳定性以及高耐磨、耐腐蚀性等特点［7］，使用近2 a 来从未更换，目前依旧性能稳定。TC/45-C 型陶瓷过滤机的应用减少了设备易损件报废带来的固体废弃物污染，节约了资源，提升了矿山自动化水平，为矿山生产的环保安全提供了保障。

5 经济环保效益分析

（1）使用1 台TC/45-C 陶瓷过滤机代替选厂4 台锌外滤式真空过滤机，锌精矿滤饼水分降低2.5%，降低了过滤作业能耗，有效改善了锌金属的流失并减轻了环保压力。

（2）设备更换后，脱水作业生产实现了全自动化控制，提高了设备的运转率，避免了生产中人为因素的影响，且极大地降低了工人的劳动强度，改善了工作环境。

（3）年运输锌精矿粉按2.82 万t 计算，原过滤设备脱出锌精矿滤饼水分为10.16%，则锌矿产品税费为789.43 万元；设备更换后，陶瓷过滤机脱出锌精矿滤饼水分为7.66%，则锌矿产品税费为768.06 万元；即在矿产品税费和运输成本等方面每年创造经济效益约21.37 万元。

6 结 语

（1）节能、绿色矿山的建设需要在矿业生产全过程落实体现。陕西震奥鼎盛铅锌矿选矿厂使用的传统外滤式真空过滤机，存在处理能力低、能耗高、过滤效率低、生产运转率低、滤饼含水率高等缺点，并且受选矿工艺的影响，铅、锌精矿矿浆碱度较大、流变性差，导致过滤作业难以正常运行，严重阻碍了公司的高效发展，企业急需引进高效、节能、环保的过滤设备。

（2）TC/45-C 型陶瓷过滤机具有单台处理能力大、自动化程度高、运转率高、过滤效率高、滤饼含水率低等优点。通过在震奥鼎盛铅锌矿的工业应用，最终锌精矿滤饼水分降低2.5%，降低了过滤能耗，有效改善了锌金属的流失，降低了环保压力及工人的劳动强度，年节约锌精矿产品税费21.37 万元，新设

备的应用取得了良好的经济环保效益。