陶瓷過濾機作為新型、高效、節能的液固分離設備以其顯著的節能、高真空度、濾餅含水率低、產量高、超眾的回收率、無環境污染及水資源充分利用等優點已被礦山、環保等行業廣泛采用, 且應用領域仍在逐漸擴大 [1]。隨著地球資源的日漸緊缺, 低品位礦資源又進行開采或重新利用, 選礦工藝不斷更新, 精礦的顆粒更加細化, 對陶瓷過濾機的使用要求也越來越高。

1 陶瓷過濾機的工作原理

    陶瓷過濾機其顧名思義就是采用陶瓷過濾,用陶瓷過濾板作為過濾介質, 在過濾過程中,水和親水的陶瓷間產生表面張力, 這就產生毛細孔現象, 使微孔內始終充滿液體, 當抽吸真空時, 濾液能通過微孔, 而空氣卻不能通過,水能穿過, 達到固液分離, 并以其較小的真空動力達到較大的真空力[2] 。

    毛細孔徑可按照 kelvin 定律計算:

              △P =4 τcosθ/d =ρ·g·h
    式中: △P——毛細管引力, kPa;
               τ——液體表面張力, 0.07 N/m2 ;
               θ——潤濕角, cosθ=1;
               d——毛細管徑, m;ρ——液體比重, kg/m3 ;
               g——重力加速度, m2/s ;
                 h——水柱高度, m。

     陶瓷過濾機工作過程分為四個階段包含四個區: 濾餅形成階段 (真空區)、濾餅干燥階段(干燥區)、濾餅卸料階段 (卸料區)、清洗階段(反沖洗區) 。

    (1) 濾餅形成階段: 真空區內的料漿在真空力的作用下其所含固體顆粒吸附在陶瓷過濾板上形成濾餅, 濾液經過陶瓷過濾板微孔經濾室、分配閥到達真空桶。

    (2) 濾餅干燥階段: 濾餅在干燥區時繼續在真空力的作用下脫出濾液并經濾室、分配閥到達真空桶。

    (3) 濾餅卸料階段: 在卸料區陶瓷過濾板上濾餅由刮刀卸下。

    (4) 清洗階段: 真空桶內濾液水由濾泵抽出。一部分濾液水通過水路系統回到反沖洗區清洗陶瓷過濾板進行重新回用, 另一部分濾液水外排也可利用。

2 影響陶瓷過濾機產能的因素及提高陶瓷過濾機產能的方法

2.1 溫度

    通常溫度越高液體的粘度越小, 根據以下公式可有利于提高過濾速度, 降低濾餅或沉渣的含濕量。適當提高溫度、可降低料漿的粘度也能提高處理量。溫度過高影響對設備要求增高和附加成本增大。

dV                △p
              u= -------    =---------------
                   A·dt       μ(R0 + Rm)

2.2 濃度

    濃度可以改變懸浮液的性質, 因為許多懸浮液濃度達到一定值后, 其粘度不再是恒定值,屬于非牛頓流體性質。特別是超過一定濃度的懸浮液、膠體溶液、高分子溶液與牛頓的假設有相當大的差異。對細微顆粒的懸浮液, 低濃度料漿濾餅阻力大于高濃度料漿的濾餅阻力,所以提高濃度可以改善過濾性能。精礦濃度高

一般處理量高, 可以采用跑溢流來提高精礦濃度, 精礦濃度過高對攪拌有影響。通過可調整溢流位達到高產能 [1]。

2.3 pH 值

    pH 值影響顆粒的 ζ電勢因而影響其流動性,根據物料性質改變 pH 值可有效提高陶瓷過濾機產能。

2.4 預處理

    預處理目的是改善懸浮液性質, 以利于固液兩相有效和經濟的分開 。可以使稀溶液增濃,細小顆粒的絮凝和凝聚等, 提高設備產能。

2.5 料位高低

    隨著陶瓷過濾機槽體的料位增高, 陶瓷過濾板在真空區內的吸漿時間增長, 吸漿厚度增大, 產能增加。但干燥時間相對縮短, 精礦水分會適當增大。選擇合適料位, 保證產能和精礦水分達到要求[1] 。

2.6 主軸轉速

    主軸轉速變慢, 在真空區濾餅形成時間增長, 產能逐漸增大, 但由于單位時間吸漿厚度不與主軸轉速變慢成正比, 而是成拋物線關系,陶瓷過濾機產能在某個范圍呈高點。另一方面隨著主軸轉速變慢吸漿厚度增厚, 也影響精礦水分。對于粘性物料來說, 因為陶瓷過濾機過濾剛開始是陶瓷過濾板為過濾介質, 當濾餅形成后逐漸轉化為以濾餅本身為多孔過濾介質,而粘性物料的濾餅不易形成, 外表不能形成干燥濾餅, 主軸轉速變慢易于降低精礦水分。同樣主軸轉速加快, 在真空區濾餅形成時間縮短,吸漿厚度減薄, 但由于單位時間產出量增大,陶瓷過濾機產能會提高。對于易成型物料可提高產能。但主軸轉速太快后不易于每一個循環的陶瓷過濾板清洗。而對于粘性物料, 主軸轉速加快后不易于濾餅形成, 影響產能。使用陶瓷過濾機應針對精礦固有性質摸索合適的主軸轉速[1] 。

2.7 攪拌轉速

    陶瓷過濾機吸漿機理實際是顆粒在真空力的作用下作運動, 攪拌轉速較快影響細顆粒的吸漿。對易沉降料漿應提高攪拌轉速, 一方面可防止料漿沉降, 另一方面易于顆粒的吸附。

    一般粘性物、不易沉降物、粒徑較細物一般攪拌轉速變慢。砂性物、易沉降物、粒徑較粗物一般攪拌轉速變快 [1]。

2.8 真空度

    一般情況下真空度高, 真空吸力大, 產能好。一方面選擇極限真空度高的真空泵可提高產能。目前陶瓷過濾機配套了二級真空系統來提高真空度, 另一方面選擇動力脫排式, 通過濾液泵來協助提高真空度[1] 。

2.9 刮刀間隙

    由于陶瓷過濾機采用非接觸式卸料, 刮刀間隙與陶瓷過濾板間隙越小, 單位時間內刮下的濾餅多, 產能就高。因此在條件允許下須經常調整刮刀間隙 [1]。

2.10 陶瓷過濾板

    (1) 物料粒徑及分布與陶瓷過濾板微孔相匹配, 雖然陶瓷過濾板孔徑越大易吸漿, 但易引起陶瓷過濾板堵塞。

    (2) 選擇相同陶瓷過濾板孔徑透水率高的陶瓷過濾板, 透水率高吸漿性能較好。

2.11 清洗

    針對顆粒有可能堵塞陶瓷過濾板表面微孔或少部分細顆粒進入陶瓷過濾板內部微孔, 引起堵塞, 影響產能, 應做好清洗。

    (1) 保證每循環反沖壓力, 其作用是通過由陶瓷過濾板內部向外進行反沖, 將細顆粒沖出或粘附表面顆粒沖開[1] 。

    (2) 停機清洗時確保化學清洗與物理清洗。首先要保證每次清洗時間及清洗質量, 保證清洗到位。其次是不要等陶瓷過濾板嚴重受堵時再停機清洗。保證陶瓷過濾板的再生[1] 。

    (3) 選擇好合適的清洗劑。化學清洗劑是將不易沖出的細顆粒進行化學反應, 達到細化目的, 再結合循環反沖, 將細顆粒沖出。針對不同料漿可選擇不同化學清洗劑, 目的是達到顆粒細化[1] 。

    (4) 針對不同料漿特性合理選擇超聲波設備。物理清洗是采用超聲波清洗, 其電源將工頻電能變成高頻電信號, 通過高頻電纜將電能輸送到換能器上。超聲換能器能將高頻電能轉換成強有力的超聲波向外發射, 超聲波在槽體水溶液中振動產生強大的沖擊波, 將被陶瓷過濾板表面的污物撞擊下來。由于超聲波在水溶液中衰減很小, 所以對浸入液體中的物體表面, 包括狹縫小孔均有清洗作用。對浸入的陶瓷過濾板表面進行物理清洗。一般水溶液在20 ~ 50 ℃時效果更好, 清洗時主軸轉速變慢,經過一段時間后調整一下主軸轉速或采用自動跟頻超聲設備, 達到每點得到清洗。如果陶瓷過濾板表面是粘性大的污物可采用頻率高的超聲換能器[1] 。

3 結 語

    陶瓷過濾機過濾性能與濃度、溫度、pH值、粒徑和粒度分布、工藝流程中的添加劑、陶瓷過濾機的主軸轉速、攪拌轉速、真空度、陶瓷過濾板孔徑及性能、刮刀間隙 、清洗、料位高低等相關。

    要提高陶瓷過濾機的產能, 首先要了解料漿的性質, 其次對料漿的性質進行適當改變提高其過濾性能, 通過摸索出更佳可操作參數,提高其產能及降低濾餅水分。