陶瓷过滤机作为新型、高效、节能的液固分离设备以其显著的节能、高真空度、滤饼含水率低、产量高、超众的回收率、无环境污染及水资源充分利用等优点已被矿山、环保等行业广泛采用, 且应用领域仍在逐渐扩大 [1]。随着地球资源的日渐紧缺, 低品位矿资源又进行开采或重新利用, 选矿工艺不断更新, 精矿的颗粒更加细化, 对陶瓷过滤机的使用要求也越来越高。

1 陶瓷过滤机的工作原理

    陶瓷过滤机其顾名思义就是采用陶瓷过滤,用陶瓷过滤板作为过滤介质, 在过滤过程中,水和亲水的陶瓷间产生表面张力, 这就产生毛细孔现象, 使微孔内始终充满液体, 当抽吸真空时, 滤液能通过微孔, 而空气却不能通过,水能穿过, 达到固液分离, 并以其较小的真空动力达到较大的真空力[2] 。

    毛细孔径可按照 kelvin 定律计算:

              △P =4 τcosθ/d =ρ·g·h
    式中: △P——毛细管引力, kPa;
               τ——液体表面张力, 0.07 N/m2 ;
               θ——润湿角, cosθ=1;
               d——毛细管径, m;ρ——液体比重, kg/m3 ;
               g——重力加速度, m2/s ;
                 h——水柱高度, m。

     陶瓷过滤机工作过程分为四个阶段包含四个区: 滤饼形成阶段 (真空区)、滤饼干燥阶段(干燥区)、滤饼卸料阶段 (卸料区)、清洗阶段(反冲洗区) 。

    (1) 滤饼形成阶段: 真空区内的料浆在真空力的作用下其所含固体颗粒吸附在陶瓷过滤板上形成滤饼, 滤液经过陶瓷过滤板微孔经滤室、分配阀到达真空桶。

    (2) 滤饼干燥阶段: 滤饼在干燥区时继续在真空力的作用下脱出滤液并经滤室、分配阀到达真空桶。

    (3) 滤饼卸料阶段: 在卸料区陶瓷过滤板上滤饼由刮刀卸下。

    (4) 清洗阶段: 真空桶内滤液水由滤泵抽出。一部分滤液水通过水路系统回到反冲洗区清洗陶瓷过滤板进行重新回用, 另一部分滤液水外排也可利用。

2 影响陶瓷过滤机产能的因素及提高陶瓷过滤机产能的方法

2.1 温度

    通常温度越高液体的粘度越小, 根据以下公式可有利于提高过滤速度, 降低滤饼或沉渣的含湿量。适当提高温度、可降低料浆的粘度也能提高处理量。温度过高影响对设备要求增高和附加成本增大。

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

2.2 浓度

    浓度可以改变悬浮液的性质, 因为许多悬浮液浓度达到一定值后, 其粘度不再是恒定值,属于非牛顿流体性质。特别是超过一定浓度的悬浮液、胶体溶液、高分子溶液与牛顿的假设有相当大的差异。对细微颗粒的悬浮液, 低浓度料浆滤饼阻力大于高浓度料浆的滤饼阻力,所以提高浓度可以改善过滤性能。精矿浓度高

一般处理量高, 可以采用跑溢流来提高精矿浓度, 精矿浓度过高对搅拌有影响。通过可调整溢流位达到高产能 [1]。

2.3 pH 值

    pH 值影响颗粒的 ζ电势因而影响其流动性,根据物料性质改变 pH 值可有效提高陶瓷过滤机产能。

2.4 预处理

    预处理目的是改善悬浮液性质, 以利于固液两相有效和经济的分开 。可以使稀溶液增浓,细小颗粒的絮凝和凝聚等, 提高设备产能。

2.5 料位高低

    随着陶瓷过滤机槽体的料位增高, 陶瓷过滤板在真空区内的吸浆时间增长, 吸浆厚度增大, 产能增加。但干燥时间相对缩短, 精矿水分会适当增大。选择合适料位, 保证产能和精矿水分达到要求[1] 。

2.6 主轴转速

    主轴转速变慢, 在真空区滤饼形成时间增长, 产能逐渐增大, 但由于单位时间吸浆厚度不与主轴转速变慢成正比, 而是成抛物线关系,陶瓷过滤机产能在某个范围呈高点。另一方面随着主轴转速变慢吸浆厚度增厚, 也影响精矿水分。对于粘性物料来说, 因为陶瓷过滤机过滤刚开始是陶瓷过滤板为过滤介质, 当滤饼形成后逐渐转化为以滤饼本身为多孔过滤介质,而粘性物料的滤饼不易形成, 外表不能形成干燥滤饼, 主轴转速变慢易于降低精矿水分。同样主轴转速加快, 在真空区滤饼形成时间缩短,吸浆厚度减薄, 但由于单位时间产出量增大,陶瓷过滤机产能会提高。对于易成型物料可提高产能。但主轴转速太快后不易于每一个循环的陶瓷过滤板清洗。而对于粘性物料, 主轴转速加快后不易于滤饼形成, 影响产能。使用陶瓷过滤机应针对精矿固有性质摸索合适的主轴转速[1] 。

2.7 搅拌转速

    陶瓷过滤机吸浆机理实际是颗粒在真空力的作用下作运动, 搅拌转速较快影响细颗粒的吸浆。对易沉降料浆应提高搅拌转速, 一方面可防止料浆沉降, 另一方面易于颗粒的吸附。

    一般粘性物、不易沉降物、粒径较细物一般搅拌转速变慢。砂性物、易沉降物、粒径较粗物一般搅拌转速变快 [1]。

2.8 真空度

    一般情况下真空度高, 真空吸力大, 产能好。一方面选择极限真空度高的真空泵可提高产能。目前陶瓷过滤机配套了二级真空系统来提高真空度, 另一方面选择动力脱排式, 通过滤液泵来协助提高真空度[1] 。

2.9 刮刀间隙

    由于陶瓷过滤机采用非接触式卸料, 刮刀间隙与陶瓷过滤板间隙越小, 单位时间内刮下的滤饼多, 产能就高。因此在条件允许下须经常调整刮刀间隙 [1]。

2.10 陶瓷过滤板

    (1) 物料粒径及分布与陶瓷过滤板微孔相匹配, 虽然陶瓷过滤板孔径越大易吸浆, 但易引起陶瓷过滤板堵塞。

    (2) 选择相同陶瓷过滤板孔径透水率高的陶瓷过滤板, 透水率高吸浆性能较好。

2.11 清洗

    针对颗粒有可能堵塞陶瓷过滤板表面微孔或少部分细颗粒进入陶瓷过滤板内部微孔, 引起堵塞, 影响产能, 应做好清洗。

    (1) 保证每循环反冲压力, 其作用是通过由陶瓷过滤板内部向外进行反冲, 将细颗粒冲出或粘附表面颗粒冲开[1] 。

    (2) 停机清洗时确保化学清洗与物理清洗。首先要保证每次清洗时间及清洗质量, 保证清洗到位。其次是不要等陶瓷过滤板严重受堵时再停机清洗。保证陶瓷过滤板的再生[1] 。

    (3) 选择好合适的清洗剂。化学清洗剂是将不易冲出的细颗粒进行化学反应, 达到细化目的, 再结合循环反冲, 将细颗粒冲出。针对不同料浆可选择不同化学清洗剂, 目的是达到颗粒细化[1] 。

    (4) 针对不同料浆特性合理选择超声波设备。物理清洗是采用超声波清洗, 其电源将工频电能变成高频电信号, 通过高频电缆将电能输送到换能器上。超声换能器能将高频电能转换成强有力的超声波向外发射, 超声波在槽体水溶液中振动产生强大的冲击波, 将被陶瓷过滤板表面的污物撞击下来。由于超声波在水溶液中衰减很小, 所以对浸入液体中的物体表面, 包括狭缝小孔均有清洗作用。对浸入的陶瓷过滤板表面进行物理清洗。一般水溶液在20 ~ 50 ℃时效果更好, 清洗时主轴转速变慢,经过一段时间后调整一下主轴转速或采用自动跟频超声设备, 达到每点得到清洗。如果陶瓷过滤板表面是粘性大的污物可采用频率高的超声换能器[1] 。

3 结 语

    陶瓷过滤机过滤性能与浓度、温度、pH值、粒径和粒度分布、工艺流程中的添加剂、陶瓷过滤机的主轴转速、搅拌转速、真空度、陶瓷过滤板孔径及性能、刮刀间隙 、清洗、料位高低等相关。

    要提高陶瓷过滤机的产能, 首先要了解料浆的性质, 其次对料浆的性质进行适当改变提高其过滤性能, 通过摸索出更佳可操作参数,提高其产能及降低滤饼水分。