板框厢式隔膜压滤机
引言
随着钢铁工业的快速发展，“贫、细、杂”铁矿开发案例越来越多，对铁精矿过滤工艺产生了很大影响，一是磨矿细度越来越细，最终磨矿细度-0.045mm粒级占90%以上已经司空见惯，－０.０３７ｍｍ粒级占９０％甚至－０.０３０ｍｍ粒级含量达到８０％以上都有工业实践，祁东铁矿、中信泰富西澳铁矿磨矿细度Ｐ８０达到０.０２５ｍｍ；二是氧化铁矿石或微细粒嵌布磁铁矿普遍采用反浮选技术改善铁精矿质量，该工艺一般要加入大量的淀粉作为抑制剂，矿浆越来越粘；三是部分难选氧化铁矿石采用磁化焙烧技术将氧化铁矿物转变为人造磁铁矿，矿物颗粒在焙烧和水冷过程中产生大量的孔隙，毛细孔十分发达。以上３点使铁精矿越来越难以过滤。酒钢选烧厂生产的铁精矿具备了上述３个特点，是典型的粒度细、矿浆粘、毛细孔多、比表面大的难过滤铁精矿。为了解决过滤难题，酒钢选烧厂在多种过滤技术科研和生产实践的基础上，最终选择盘式加压过滤机用于二选工序铁精矿过滤并取得成功，为难过滤铁精矿提供了高效解决方案。
酒钢选烧厂选矿工序简介
酒钢选烧由原酒钢选矿厂和酒钢烧结厂合并而成，现有２条选矿生产线，４台烧结机，２台８ｍ２球团竖炉，年产铁精矿５１０万吨，烧结矿８００万吨，球团矿１０５万吨。选矿工序主要处理镜铁山铁矿石，铁矿物主要为镜铁矿、菱铁矿和褐铁矿，少量磁铁矿；脉石矿物为碧玉、铁白云石、重晶石、石英，围岩为千枚岩。该矿石矿物组成十分复杂，铁矿物嵌布微细，是典型的复合、氧化、难选红铁矿。经过４０多年的发展，酒钢选烧厂２条选矿生产线采用相近的选矿工艺，入选原矿经过筛分分成块矿（１５～１００ｍｍ）和粉矿（－１５ｍｍ），块矿采用磁化焙烧⁃弱磁选⁃阳离子反浮选工艺，粉矿采用单一强磁选工艺，最终产品为强磁选精矿和焙烧磁选反浮选精矿混合而成的综合铁精矿，两种铁精矿各占一半。
选矿工序
铁精矿过滤发展沿革酒钢选烧厂选矿工艺经历了３个阶段，过滤机采用了３种机型，如表１所示。一选工序于１９７２年投产，投产初期只生产单一的焙烧磁选铁精矿，设计采用４０ｍ２内滤式筒式真空过滤机，由于焙烧磁选铁精矿孔隙发达，１９７２～１９７７年铁精矿水分平均达到１７.４１％，最高水分达到１８.１５％，给烧结生产带来很大困难。１９８０年起，强磁选工艺陆续投产，初期强磁选精矿单独过滤，铁精矿水分１２.８７％。１９８１年５月起，为了缓解焙烧磁选精矿水分过高的问题，焙烧磁选精矿与强磁选精矿混合过滤，１９８３～２００４年铁精矿水分１６.１４％。２００５年，一选工序推广应用脱水能力较强的７２ｍ２盘式真空过滤机，在铁精矿细度明显提高的前提下，精矿水分降低到１４.２％，满足了烧结生产的需要。２００７年底，一选工序对焙烧磁选精矿进行了细磨⁃阳离子反浮选技术改造，焙烧磁选最终磨矿细度达到－０.０５４ｍｍ粒级占９０％，浮选过程中添加了淀粉，混合铁精矿细度提高到－０.０７４ｍｍ粒级８７.５％，精矿水分上升到１５.２９％，当矿石条件发生变化、焙烧磁选精矿比例过高时，精矿水分有时超过１６.５％，影响烧结生产顺行。２０１０年，选烧厂准备建设二选工序，为了提高铁精矿质量，磨矿细度进一步提高，未来强磁选精矿也要细磨、反浮选，并且规划实施粉矿焙烧磁选、阳离子反浮选技术，现有过滤装备不能满足未来发展的需要，过滤设备面临新的选择。可供选择的过滤机有陶瓷过滤机、机械压滤机和加压过滤机３种机型。陶瓷过滤机的优点是节能，缺点是不适用于过滤含淀粉的精矿，而且在过滤细、粘物料时利用系数较低；机械压滤机可以有效脱除颗粒间的水分，但是难以脱除焙烧磁选精矿颗粒内部的毛细水，而且滤饼不够松散；加压过滤机特别适合于细、粘物料的脱水，能够脱除颗粒内部的毛细水，滤饼松散，酒钢早在１９８８年就委托德国卡尔斯鲁厄大学进行了单一焙烧磁选精矿的过滤试验，效果良好。因此加压过滤机是二选过滤机的首选机型。
加压过滤机简介
加压过滤机发展概况加压过滤机是世界公认的先进脱水设备，广泛应用于难脱水物料的过滤。国外最早由德国卡尔斯鲁厄大学于２０世纪６０年代开始研究，洪堡·韦达格公司在其基础上于１９８５年生产出第一台盘式压滤机并投入生产使用。后来，奥地利安德里兹公司也从卡尔斯鲁厄大学获得了加压过滤机制造许可证，成为世界上第二家能够生产加压过滤机的公司。国内从２０世纪６０年代中期便开始研究盘式压滤机，１９６６年国内研制出１台５ｍ２的盘式压滤机。１９８９年，中国煤炭科学院唐山分院研制出１台１０ｍ２的盘式压滤机用于中间试验，为大型加压过滤机的研制打下了基础。１９９２年马鞍山矿山研究院研制成功ＹＧＰ－１８ｍ２盘式压滤机并在鞍钢东鞍山烧结厂进行了工业试验，取得了良好的指标，但是没有转入工业应用。１９９４年７月，山东莱芜煤矿机械厂与唐山院合作研制的ＧＰＪ－６０加压过滤机在枣庄矿务局八一选煤厂投入试生产，精煤水分由真空过滤的２８％～３０％降低到１９％～２１％，效果十分显著，从此拉开了煤矿系统应用加压过滤机的序幕。２０１２年１１月，山东莱芜煤矿机械有限公司生产的４台ＧＰＪ－１２０型盘式加压过滤机在酒钢选烧厂投入生产，酒钢选烧厂成为国内首家成功采用加压过滤机过滤铁精矿的铁矿选矿厂。
加压过滤机结构原理
盘式加压过滤机由主机、辅机及配套管道阀门组成。主机主要包括盘式过滤机、加压仓、仓内刮板机（用于铁精矿脱水时改为皮带输送机）、排料装置、反吹装置、清洗装置、排水装置、气控系统、电控系统等。其中，圆盘过滤机配备矿浆搅拌装置，排料装置包括带有液压闸板的上排料仓和下排料仓，采用托辊支撑上、下闸板，配套充气密封圈进行有效密封。辅机主要包括高压风机、低压风机、给料渣浆泵、圆盘排料机、气水分离器等。高压风机负责给气控系统及闸板密封机构供风，低压风机提供过滤用风源及下排料仓充气用风源，给料泵负责提供需过滤的矿浆，圆盘排料机用于收集下排料仓排出的滤饼并将其均匀给到外部皮带输送机上，气水分离器则确保过滤盘式加压过滤机工作时，通过连续向加压仓内通入压缩空气，在盘式过滤机滤扇表面与通大气的气水分离器之间形成压差，使矿浆中的水在正压力的作用下穿过过滤介质被脱除，固体颗粒则在滤布上形成滤饼，在卸料区被反吹风吹落到仓内滤饼输送机上，经过排料装置收集后排出。盘式加压过滤机排料过程中，上下排料仓闸板交替动作。排料初期，上闸板打开，下闸板关闭；待下排料仓料位达到一定程度后，上闸板关闭，下排料仓开始泄压，泄压完毕后下闸板打开进行排料；下排料仓排料完毕后，下闸板关闭，下排料仓充气阀打开进行升压；待下排料仓与加压仓压力相同时，上闸板打开继续排料。如此周而复始，实现盘式加压过滤机连续运行，周期排料。与传统真空过滤机相比，盘式加压过滤机由于加压仓与外部大气形成的压差远大于真空方式造成的压差，因而其过滤效率更高，脱水效果更好。与机械压榨式过滤机相比，盘式加压过滤机由于采用压缩空气方式脱水，因而其滤饼十分松散，有利于物料的输送和混合。
加压过滤机选型试验与设计优化
、加压过滤机选型试验早在１９８７年，酒钢曾经委托德国ＭＶＭ研究所进行了焙烧磁选铁精矿实验室加压过滤试验，取得了良好的效果。在此基础上，德国ＭＶＭ研究所于１９８９年初又完成了酒钢焙烧磁选铁精矿的连续气压压滤半工业试验。试验设备为安装在压力仓内的０.７２ｍ２外滤筒式过滤机，试验累计进行４８ｈ，给矿体积浓度２７％，工作压差０.１８ＭＰａ，滤饼厚度约１０ｍｍ。滤饼水分１２％±０.５％，处理能力６９５ｋｇ／（ｍ２·ｈ）。２０１０～２０１１年，酒钢委托山东莱芜煤矿机械有限公司进行了酒钢选烧厂综合铁精矿加压过滤机半工业过滤试验。试验设备为２ｍ２圆盘加压过滤机，最终试在合适的过滤压力和主轴转速下，精矿滤饼的水分可以达到１１.４８％～１１.８９％，过滤机的干基利用系数为８１３.６～９８５.６ｋｇ／（ｍ２·ｈ）。同时可观察到滤饼呈散状排出，排料顺畅。同时进行了滤布试验，推荐使用透气量小的单丝滤布，孔径０.０４５～０.０５４ｍｍ。推荐工作压力０.３ＭＰａ，耗气量１.２～１.３ｍ３／（ｍ２·ｍｉｎ）。
铁精矿用加压过滤机设计优化
盘式加压过滤机目前主要应用于煤泥的过滤，而铁精矿与煤泥的性质存在较大差异。为了满足铁精矿过滤的需要，经过技术交流，山东莱芜煤矿机械有限公司对铁精矿过滤用ＧＰＪ－１２０型盘式加压过滤机进行了以下几个方面的优化：
１）设备、管道耐磨、防腐优化。加压仓内壁做防腐处理，过滤机槽体采用不锈钢材质；主轴轴颈内滤液管采用装配形式，磨损后可以进行更换；轴颈内滤液管、主滤液管、仓内入料管内衬刚玉耐磨材料，提高其使用寿命；上下排料仓内衬高分子聚乙烯材料，解决耐磨问题又防止粘料；系统阀门采用耐磨阀门，以延长使用寿命。
２）矿浆搅拌装置优化。将矿浆搅拌装置改为耙式搅拌，解决物料密度大、沉淀快的问题，同时避免卧式搅拌密封磨损快的问题。
３）仓内滤饼输送机优化。煤矿系统使用的盘式加压过滤机多采用刮板机输送仓内物料，检修空间小，而且刮板机的刮板在运转过程中与滑道直接接触，用于处理铁精矿时易磨损，为此将刮板机改为皮带运输机。
４）滤布优化。在试验的基础上，选择适用于铁精矿过滤的滤布，使用寿命可达到２０ｄ以上。５加压过滤机生产实践５.１工业调试主要进行了加压仓压力、给矿浓度、过滤机矿浆槽液位和排料周期的调试，着重寻找在过滤能力与排料能力匹配的前提下适宜的工艺参数。
生产初期出现的问题及解决情况生产
初期压滤机出现了一些影响顺行的问题，
一是加压仓内滤饼输送皮带出现撒料，通过对挡料器进行改造，该问题得到了有效解决；
二是在精矿矿浆浓度过高时处理能力过大，导致仓内皮带压料、滤饼水分上升、排料装置来不及排料，通过降低矿浆浓度，该问题得到了有效解决；
三是仓内皮带减速机磨损严重，经过分析是由于密封不良造成粉尘进入润滑油所致，通过加强密封，解决了这个问题；
四是由于初期生产对过滤布的管理不够重视，滤布破损没有及时更换，导致耗气量异常升高，滤液浓度大幅度上升，滤液过流部件频繁损坏，通过监控滤液浓度，及时更换破损的滤布，使这个问题得到了解决；
工业应用效果
压滤机各项问题得到有效解决后二选压滤与一选真空过滤生产指标对比。在精矿－０.０７４ｍｍ粒级含量高８.５９个百分点的情况下，二选精矿水分低２.５９个百分点，利用系数提高０.０８７ｔ／（ｍ２·ｈ），滤饼十分松散，为精矿输送和烧结均匀配料创造了很好的条件。
结语
生产实践表明，加压过滤机可以有效解决难过滤铁精矿的脱水难题。相对于煤泥而言，铁精矿还是易过滤的物料，因此在设计前必须高度重视选型试验，为滤布选择、耗气量确定、滤饼输送和排料装置设计提供可靠的依据。滤布的优化和日常维护管理是加压过滤机生产顺行、延长过流部件寿命的关键。
