引言

廂式隔膜壓濾機(jī)（以下簡(jiǎn)稱：壓濾機(jī)）為常見的固液分離設(shè)備，是通過(guò)對(duì)普通廂式壓濾機(jī)濾室改造、增加隔膜板的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，其濾板由隔膜板和廂式板組成。該設(shè)備廣泛應(yīng)用在選礦、有色金屬冶煉、高爐除塵、石油精煉、化肥工業(yè)、醫(yī)藥及食品工業(yè)、環(huán)保廢水處理、煙氣脫硫、海水淡化等行業(yè)。在鈾水冶廠，當(dāng)采用以攪拌浸出主生產(chǎn)工藝時(shí)，廂式隔膜壓濾機(jī)常用于浸出后礦漿的固液分離，是鈾礦冶行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備之一。在鈾水冶廠的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，易出現(xiàn)由于礦性差異，造成壓濾機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中的工作效率不理想、無(wú)法達(dá)到預(yù)定的設(shè)計(jì)指標(biāo)的問(wèn)題，因此需要在試車階段對(duì)壓濾機(jī)操作參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化，以滿足生產(chǎn)要求。本文則結(jié)合國(guó)外某鈾水冶廠廂式隔膜壓濾機(jī)試車情況，針對(duì)壓濾機(jī)進(jìn)料過(guò)程的主要影響因素進(jìn)行總結(jié)分析。

壓濾機(jī)進(jìn)料速度的影響因素

壓濾機(jī)進(jìn)料速度的主要影響因素有進(jìn)料壓力、進(jìn)料濃度、粒度組成、礦漿性質(zhì)、濾布性能等，根據(jù)康采尼（Kozeny）方程（式（１））可看出：礦漿的過(guò)濾速度同過(guò)濾壓力成正比，與礦漿的黏度成反比，與顆粒比表面積a的平方成反比；而顆粒比表面積a與顆粒有關(guān)，顆粒粒度越細(xì)，比表面積越大。因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，在壓濾機(jī)濾布型號(hào)以及礦漿性質(zhì)不變（黏度、溫度等）情況下，進(jìn)料速度的影響因素主要有進(jìn)料壓力、礦漿粒度組成及礦漿濃度。根據(jù)上述進(jìn)料速度的影響因素，并結(jié)合某鈾水冶廠壓濾機(jī)試車情況，著重從礦漿進(jìn)料壓力、礦漿粒度組成以及礦漿濃度對(duì)進(jìn)料速度的影響進(jìn)行總結(jié)分析。2關(guān)鍵影響因素分析2.1主要設(shè)備規(guī)格和礦漿性質(zhì)該鈾水冶廠壓濾機(jī)及進(jìn)料泵的規(guī)格及進(jìn)料礦漿的主要特性如下。

主要設(shè)備規(guī)格

廂式隔膜壓濾機(jī)：型號(hào)XAZGF８００／２０００-U，其中濾板外形尺寸為２.０m×２.０m；過(guò)濾面積為８００m２；濾室數(shù)量為１１２個(gè)；濾室容積為１６m３。礦漿進(jìn)料渣漿泵：型號(hào)８０ZJ-I-A５２，其中，流量Q＝１８２m３／h，揚(yáng)程H＝１０５.５m；電機(jī)采用變頻控制，變化范圍０～５０Hz。２）進(jìn)料礦漿性質(zhì)。礦漿為含碳酸鈉和碳酸氫鈉的堿性礦漿，礦漿質(zhì)量濃度４０％～５０％，礦漿溫度５５～６０℃。2.2礦漿進(jìn)料壓力壓濾機(jī)進(jìn)料壓力一般情況下由進(jìn)料泵提供，壓力高低不僅影響到壓濾機(jī)的工況，而且間接影響到濾餅與濾布的分離效果。一般情況下，礦漿進(jìn)料壓力升高的過(guò)程可分為兩個(gè)階段。

１）第一階段以向壓濾機(jī)內(nèi)充填物料為主，脫水為輔。第一階段以向壓濾機(jī)內(nèi)充填物料為主，形成一定厚度濾層。生產(chǎn)中，該階段的進(jìn)料壓力一般控制在０.２MPa以下，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

①濾板不易變形損壞；

②一方面保證濾板的密封性，另一方面保證濾板不泄露或降低泄露的幾率；③降低強(qiáng)壓下礦漿中粗細(xì)粒度分離的現(xiàn)象，減少或排除貼近濾布的細(xì)泥密集層，有利于形成過(guò)濾層。

２）形成一定厚度濾層后，第二階段以濾餅脫水為主，充填為輔。第二階段以濾餅脫水為主，進(jìn)料壓力一般控制在０.６MPa以下，通常情況下該壓力（０.６MPa）也是壓濾機(jī)設(shè)備自身所允許的最高進(jìn)料壓力。在該階段進(jìn)料過(guò)程中，隨著壓力逐漸增大，濾餅孔隙率逐漸變小，其飽和度逐漸降低；當(dāng)濾餅飽和度接近剩余飽和度時(shí)，濾餅水分不再降低，通過(guò)分析濾餅的顯微結(jié)構(gòu)可知，此時(shí)顆粒成“拱橋”結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)包含的水分很難用常規(guī)進(jìn)料泵所提供的流體靜壓力排出，若繼續(xù)提高過(guò)濾壓力，容易造成隔膜板變形受損等。

在生產(chǎn)中，合理掌握上述兩個(gè)階段的礦漿進(jìn)料壓力，可有利于提高壓濾機(jī)的工作效率。在該工程的試車過(guò)程中，操作人員通過(guò)控制室內(nèi)的PLC控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)壓濾機(jī)進(jìn)料泵的變頻器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓濾機(jī)進(jìn)料壓力的控制和調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)控制過(guò)程的參數(shù)如下所述。

１）在進(jìn)料初期（進(jìn)料時(shí)間在１０min左右），濾餅較薄，阻力較小，常采用較小的電機(jī)頻率，進(jìn)料壓力一般控制在０.１～０.２MPa。

２）根據(jù)壓濾機(jī)進(jìn)料口處壓力和流量變化，逐步加大變頻器輸入泵電機(jī)的頻率。壓濾機(jī)進(jìn)料設(shè)計(jì)壓力≤０.６MPa，因此壓濾機(jī)進(jìn)口壓力一般控制在０.６MPa以下，避免壓力過(guò)大而損壞濾板。

３）當(dāng)進(jìn)料壓力達(dá)到０.６MPa時(shí)，保壓～５min后打開礦漿回流閥并關(guān)閉壓濾機(jī)進(jìn)料閥，完成進(jìn)料，整個(gè)進(jìn)料過(guò)程一般控制在３０min左右。根據(jù)壓濾機(jī)試車可總結(jié)出：在壓濾機(jī)進(jìn)料過(guò)程中采用變頻器調(diào)節(jié)壓濾機(jī)進(jìn)料泵，合理控制進(jìn)料壓力，既節(jié)能又避免在超壓時(shí)對(duì)壓濾機(jī)濾板造成損壞，一定程度上延長(zhǎng)了濾板的使用壽命。

進(jìn)料粒度組成康采尼（Kozeny）方程式表明

進(jìn)料速度與顆粒比表面積a的平方成反比。礦漿的粒度組成對(duì)過(guò)濾速度的影響主要取決于其中細(xì)粒級(jí)物料含量，其含量越高，物料比表面積a越大，過(guò)濾速度越低。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)樣品分析結(jié)果表明：礦漿中＜０.０７４mm粒級(jí)物料對(duì)過(guò)濾速度影響最為明顯，而粗粒級(jí)物料含量雖然有利于過(guò)濾速度的提高，但一般只有０.２８～０.０７４mm粒級(jí)物料占８０％左右時(shí)，壓濾機(jī)成餅較為理想，如果粒度＞０.９mm粒級(jí)物料含量較高，壓濾機(jī)往往會(huì)出現(xiàn)過(guò)濾前期濾液濁度高的現(xiàn)象。對(duì)鈾礦石浸出工藝中，在保證礦石浸出率的前提下可對(duì)礦漿粒級(jí)組成做適當(dāng)調(diào)整，通過(guò)降低細(xì)粒級(jí)含量，減少顆粒比表面積，提高進(jìn)料速度。該水冶廠第二階段試車過(guò)程中對(duì)浸出礦漿的粒級(jí)分布做了調(diào)整，其中－０.２０mm由≥９７％降低至９０％±２％，－０.０７４mm由≥６５％降低至５５％±５％。在試車生產(chǎn)中，一方面通過(guò)浸出試驗(yàn)驗(yàn)證了礦漿粒度變粗后對(duì)礦石的浸出率幾乎沒(méi)有影響，浸出率滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求；另一方面也證明礦漿中細(xì)粒級(jí)含量減小時(shí)可提高壓濾機(jī)的進(jìn)料速度，主要體現(xiàn)在進(jìn)料周期由４５～５０min縮減到３０min，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。文獻(xiàn)中提出合理優(yōu)化進(jìn)料礦漿的固體顆粒粒度，可有效提高礦漿進(jìn)料速度，提高濾餅的成冰速度和厚度，提高壓濾機(jī)的處理能力。因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，需根據(jù)礦石的浸出性能、過(guò)濾性能以及濾布的適用范圍確定礦漿粒級(jí)組成，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證后再工業(yè)化實(shí)施或調(diào)整。

進(jìn)料濃度

理論上礦漿濃度越高，其固相物含量就越高，相對(duì)于濃度較低的礦漿其濾餅形成速度較快。當(dāng)入料礦漿濃度低時(shí)，細(xì)小顆粒極易直接進(jìn)入濾布孔眼中，穿過(guò)、堵塞或覆蓋在上面，使過(guò)濾介質(zhì)孔眼很快被堵塞。若提高礦漿濃度，將有更多的顆粒接近或達(dá)到過(guò)濾介質(zhì)的孔眼，由于顆粒間的相互干擾，絕大部分顆粒不能進(jìn)入孔眼而在上面形成拱架橋，使濾孔不被嚴(yán)重堵塞，并逐漸形成濾餅。該水冶廠第一、第二階段壓濾機(jī)試車過(guò)程的單次過(guò)濾參數(shù)。可以看出：礦漿進(jìn)料濃度由４２.５％提高至５０％，單臺(tái)每批次進(jìn)料礦漿的總體積只減小約１.５％，而過(guò)濾時(shí)間縮短約３３％，濾餅重量提高約２３％，濃礦漿比稀礦漿濾餅形成速度提高約８３％，礦漿過(guò)濾速度提高約４７.６％。水冶廠在第二次試車中礦漿濃度基本控制５０％，濾餅成型較好，易脫落，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)要求。雖然提高礦漿進(jìn)料濃度可提高壓濾機(jī)過(guò)濾速率，但不能無(wú)限制、任意濃度的提高。在某工程中，采用１５m２壓濾機(jī)開展了不同進(jìn)料濃度下廢泥礦漿的過(guò)濾試驗(yàn)。根據(jù)過(guò)濾試驗(yàn)，得到過(guò)濾速度（以干濾餅重量計(jì)）與進(jìn)料濃度的關(guān)系。當(dāng)?shù)V漿進(jìn)料濃度從６％提高到１５％，壓濾機(jī)過(guò)濾速度提高約８０％，當(dāng)?shù)V漿進(jìn)料濃度超過(guò)１５％，過(guò)濾速度反而下降。由此可見，根據(jù)物料的特性，在一定范圍內(nèi)提高進(jìn)料礦漿的濃度有利于提高過(guò)濾速度，但礦漿濃度不宜過(guò)高，若過(guò)高不僅不利于過(guò)濾速度的提高，而且還會(huì)影響礦漿流動(dòng)性、阻塞管道或壓濾機(jī)的進(jìn)料口。因此，在一定濃度范圍內(nèi)可通過(guò)提高礦漿濃度提高進(jìn)料速度，但最適宜、最佳的進(jìn)料濃度（或范圍）需針對(duì)固體粒度、礦漿性質(zhì)等方面開展試驗(yàn)來(lái)確定。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，礦漿進(jìn)料壓力、粒度組成，以及礦漿濃度對(duì)壓濾機(jī)進(jìn)料速度有著密切聯(lián)系。因此，建議在今后鈾水冶廠壓濾機(jī)進(jìn)料的過(guò)程中，針對(duì)特定的物料合理調(diào)節(jié)進(jìn)料壓力、在保證工藝指標(biāo)技術(shù)要求的前提下優(yōu)化礦漿粒度組成以及適當(dāng)調(diào)整礦漿濃度，提高壓濾機(jī)的進(jìn)料速度，保證壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力。另外，在生產(chǎn)過(guò)程中一方面要嚴(yán)格控制與壓濾機(jī)進(jìn)料相關(guān)的工藝參數(shù)；另一方面要加強(qiáng)壓濾機(jī)的日常檢查與保養(yǎng)，保障設(shè)備作業(yè)率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。