板框厢式隔膜压滤机
引言
橄榄石结构的磷酸铁锂（LiFePO4）是锂离子电池常用的正极材料，具有热稳定好、安全性能高、循环寿命长、原材料来源广泛、无环境污染等优点， 是近年来被公认的最具发展潜力的锂离子电池正极材料之一。 随着锂离子电池应用市场需求的不断扩大， 磷酸铁锂合成工艺的不断简化及制备设备的不断改进， 使其成功商品化。
磷酸铁锂的物相均匀程度、纯净程度、粉体粒径、生产批次间的稳定性等都直接影响电池的性能，其滤饼洗涤与净化过滤成为锂离子电池正极材料生产线合成工艺中一个十分重要的环节。由于该合成工艺中的磷酸铁锂悬浮液含有大量酸性离子、pH＝1～2、温度约 70℃、悬浮液浓度低、腐蚀性极强等因素，严重制约了磷酸铁锂悬浮液的净化过滤设备设计选型。
在早期的锂离子电池正极材料生产线中，常选用转鼓式真空过滤机、离心机、厢式板框压滤机、全自动立式隔膜压滤机等过滤设备净化过滤磷酸铁锂悬浮液。 由于转鼓式真空过滤机与离心机仅适用于流动性好、 固相颗粒≥0.01 mm、浓度≥15％的悬浮液过滤脱水。 厢式板框压滤机存在滤饼洗涤效果差、磷酸铁锂纯净度低、滤饼水分高、主机防腐效果不理想、自动化程度低、操作人员劳动强度大等缺点， 在磷酸铁锂悬浮液净化过滤行业逐渐被近年来应用优秀过滤技术和先进制造技术而研制成功的全自动立式隔膜压滤机所替代。 全自动立式隔膜压滤机是基于低压泵送入料过滤、高压隔膜挤压、滤饼洗涤及压缩空气吹风干燥过滤原理而设计制作的新型隔膜压滤机， 具有隔膜挤压、滤饼洗涤及吹风干燥等功能，与厢式板框压滤机相比，滤饼残余水分更低、滤饼洗涤效果显著提高，滤饼物相均匀程度、纯净程度等满足锂离子电池磷酸铁锂正极材料的要求； 但其存在滤布清洗效果不佳、滤布使用寿命短、高温环境中故障率高等缺点。因此，开发设计适合磷酸铁锂悬浮液净化过滤及滤饼洗涤要求的具有隔膜挤压、滤饼洗涤及吹风干燥等功能，且控制精准、高温环境下运行稳定可靠、耐腐蚀能力强、滤饼洗涤效果理想、滤饼水分低、故障率低等特点的新型重防腐磷酸铁锂净化过滤隔膜压滤机， 推动锂离子电池磷酸铁锂正极材料净化过滤设备的上档升级和磷酸铁锂正极材料的产业化建设进程。
主要技术特点
磷酸铁锂净化压滤机是以满足国内市场需求为导向，充分借鉴、吸收国外先进过滤技术，并结合多年研究制造压滤机的经验，针对磷酸铁锂悬浮液的物料特性， 利用低压泵送入料过滤、高压隔膜挤压、滤饼洗涤及压缩空气吹风干燥的过滤原理，开发设计的具有自主知识产权、整体技术先进、高温环境下运行稳定可靠、耐腐蚀能力强、滤布清洗与滤饼洗涤效果理想、滤饼水分低、自动化程度高、故障率低等特点的新型重防腐厢式隔膜压滤机。 该压滤机滤板组采用自主研发的内嵌橡胶隔膜的增强聚丙烯新型高压全塑滤板结构，具有强度高、化学性稳定、耐腐蚀能力强等优点，并通过内置嵌入式橡胶隔膜技术， 使压滤机具有多次快速挤压功能，将滤饼中残余水分含
量降至最低，在物料细且难洗涤、难过滤的领域具有普通厢式压滤机、真空过滤机等常规过滤设备难以替代的优越性能。 同时磷酸铁锂净化压滤机控制系统创新性应用 HMI+PLC 控制技术、感测技术、液压传动技术等，使其控制精准、高温环境下运行稳定可靠、故障率低，实现压滤机工作流程数字化运行。
结构组成与工作原理
1.结构组成
磷酸铁锂净化压滤机主要由电控系统、液压系统、油缸组件、机架部分、开框组件、滤板组件、滤布、接水翻板装置、滤布快速清洗装置、振动辅助卸料装置、阀门及管路组件、滤布清洗水站、隔膜挤压水站等部件共同组成，
该压滤机设计巧妙，机架采用前传动空间框架结构，结构紧凑、防护简单，防腐措施容易实现且防腐效果理想；采用内嵌橡胶隔膜的改性聚丙烯滤板组，具有滤饼洗涤和隔膜挤压功能，且耐酸、碱、盐腐蚀能力强；滤布采用悬挂式结构，可实现滤布快速更换，并设计有振动辅助卸料和滤布快速清洗装置， 使压滤机更加适于在物料细、粘度大等领域物料的过滤脱水。
2.工作原理
磷酸铁锂净化压滤机控制系统采用 PLC 和触摸屏技术，实现全自动参数化运行，压滤机可根据不同物料的浓度、粒度、黏度等特性而自行设定入料时间、挤压时间、滤饼洗涤时间、排污时间、二次挤压时间、吹风干燥时间及入料压力等参数。
控制系统设计了长、短程序两种工作模式，实现压滤机根据物料是否需要滤饼洗涤而设置压滤机的工序动作。 若需要滤饼洗涤时则选取长程序运行，工序包括滤板快速合拢、卡板锁紧、滤板合拢升压及保压、入料过滤、管路排污、隔膜挤压、滤饼洗涤、二次隔膜挤压、吹风干燥、压紧板压紧合拢、卡板松开与接水翻板打开、滤板打开卸料、振动卸料、接水翻板合拢、滤布清洗等十五个工序动作。
若物料不需进行滤饼洗涤时， 则其按照短程序运行， 其工序中则无滤饼洗涤与二次挤压工序动作。
压滤机的设计与防腐
压滤机防腐的目的，在于防止压滤机因零部件的腐蚀破坏而影响其使用寿命。 由于磷酸铁锂悬浮液腐蚀性极强， 含有大量氯离子 （约 8 000 mg/L）及其它酸性离子（如 Fe3+：100 mg/L 、P：500 mg/L、 NH+ ：4 500 mg/L），pH＝1～2， 且粒度细，温度高（约 70℃），悬浮液浓度低、腐蚀性强，磷酸铁
锂净化压滤机防腐性能要求极高，普通单一的防腐措施难以满足其使用要求。 因此，在设计该压滤机时从防腐的角度来考虑各零部件的合理性， 同时兼顾各零部件的机械强度、 加工特性及材料成本。
1.滤板组采用高强度防腐结构
滤板组是压滤机的核心部件，其由橡胶隔膜滤板、过滤板、橡胶密封件、滤板把手和链板等零部件组成， 过滤板与隔膜滤板依次相间垂直放置， 与滤布共同组成压滤机可变滤腔过滤单元。过滤板与隔膜滤板采用以聚丙烯为主料、添加适量增强复合物与改性剂形成的高强度、耐强腐蚀的高分子塑料模压成型，结构简单、强度高，化学性稳定，耐腐蚀能力强，可实现在多种强腐蚀环境中的应用。 滤板的入料口、挤压口及滤液口处套装耐磨橡胶衬套，延长滤板使用寿命。
2.主机部分防腐
主机部分根据各零部件周围介质的性能来正确地选择适当的材料制作或采取合适的防腐措施防腐。压滤机与磷酸铁锂悬浮液直接或间接接触的零部件选用优质不锈钢制作。 根据零部件的使用环境选择合适的耐腐蚀材料来制造零部件， 自然可以达到防腐的目的。
1）压滤机各零部件， 经脱脂、除锈及毛化后，先采用达克罗技术制作一层具有高防腐性能的锌铬膜，再根据各零部件的使用环境采取其他防腐措施进一步防腐处理。 锌铬膜具有超常的耐腐蚀性、极佳的耐热性、较高的附着强度、良好的可再涂性及环保等优点，能够有效抵抗高浓度氯离子的侵蚀。
2）压滤机主机框架各零部件内侧面与端面制作锌铬膜后， 再进行优质不锈钢薄板包覆防腐。 不锈钢薄板包覆防腐效果仅次于选用不锈钢材料制作零部件进行防腐的防腐效果，可在一定程度上降低设备生产成本，但其仅适用于外形尺寸大、结构简单、重量重的结构件防腐。
3）压滤机主机框架各零部件外侧面制作锌铬膜后，再进行玻璃钢包覆防腐。 玻璃钢包覆对设备的防护作用比涂层有很大的提高，其通过树脂胶。剂的粘合、固化作用，来覆盖被保护设备的表面；与涂料相比，增加了玻璃纤维的增强，提高覆盖层的厚度，改善覆盖层的物理机械性能。
4）压滤机主机框架各零部件外侧筋板表面制作锌铬涂层后，再进行喷涂重防腐漆防腐。 这种重防腐漆主要由环氧、聚氨酯、聚酯、烯烃聚合物组成，不同的聚合物之间自交联， 互穿三维结构成网络，比单一的环氧、聚氨酯或烯烃类聚合物的性能成倍地提高，其耐酸、碱、盐等腐蚀性能强，抗冲磨、耐水解、耐老化性能好。
5）入料阀、管路排污阀、滤饼洗涤等选用气动夹管阀，其过流元件为耐磨橡胶制作的橡胶阀套，密封性好、启闭灵活，并将金属质地的阀体与磷酸铁锂悬浮液隔离开， 延长夹管阀体使用寿命。 滤饼洗涤及吹风干燥选用气动蝶阀，挤压阀选用气动球阀，阀体、阀芯均选用优质不锈钢制作；各阀门启闭控制用压缩空气管路选用耐腐蚀聚氨酯管路。
滤布选用优质聚丙烯滤布
滤布是磷酸铁锂净化压滤机的关键部件，其质量不仅决定着压滤机过滤精度的高低和过滤效果的好坏，还直接影响压滤机的生产效率及动力消耗。 聚丙烯滤布具有极佳的耐酸、碱及强氧化剂腐蚀能力、 优良的过滤特性和化学稳定性， 其表面光滑、质地柔软、卸渣性能好，滤布清洗、再生方便， 最高使用温度可达 110℃， 且价格低廉。 因此，聚丙烯滤布是磷酸铁锂净化压滤机配套滤布的理想选择。
压滤机的应用效果
磷酸铁锂净化压滤机配套组装式高压橡胶隔膜滤板组，具有耐高温高压、防腐及密封性好、滤饼脱水率高、洗涤均匀彻底、过滤速度快等优点。 该压滤机在国内某锂离子电池正极材料生产线磷酸铁锂悬浮液的净化过滤工序使用过程中， 滤液水透明略微浅绿，固含量较低，滤布清洗彻底，滤饼卸料干净、洗涤与脱水效果良好，滤饼纯净程度、生产批次间稳定性均满足磷酸铁锂生产需要。
- 有效解决滤饼洗涤不彻底的难题
磷酸铁锂净化过滤后氯离子直接影响电池的性能， 因此该压滤机根据磷酸铁锂生产需要， 将滤板组入料孔布置在滤板上部边缘处，滤液孔布置在滤板四角边缘处。 滤饼洗涤时，先将滤饼洗涤液经滤板下部滤液孔输送至压滤机滤腔内， 对滤饼进行多次逆流洗涤，再将高压清水经滤板顶部入料孔输送至压滤机滤腔内，对滤饼再次进行均匀彻底的洗涤，将滤饼中氯离子含量减少至500 PPM 以下。该压滤机通过其高效的滤饼洗涤， 避免了滤饼松弛、龟裂等问题，解决了滤饼洗涤不彻底难题。
1）整机防腐效果理想
磷酸铁锂净化压滤机通过采用多种有效的防腐技术，使其各零部件防腐满足工况要求。 过滤板、隔膜滤板选用改性聚丙烯制作， 化学性稳定、耐腐蚀能力强，使用寿命约 8 000 小时；橡胶隔膜选用优质橡胶制作，气密性好、强度高、抗老化，耐酸、碱腐蚀性能极佳，使用寿命在 20 000 次以上；不锈钢材质零部件、包覆不锈钢薄板及玻璃钢防腐零部件、喷涂重防腐漆零部件等的防腐性能满足磷酸铁锂悬浮液工况要求，压滤机整机防腐效果理想。
2）脱水效果良好
磷酸铁锂净化压滤机采用隔膜挤压和压缩空气吹风干燥技术，进一步降低滤饼水分， 提高压滤机过滤效率，大幅缩短过滤周期， 显著增大单机处理能力，节能效果明显。
3）有效解决滤布清洗问题
磷酸铁锂净化压滤机采用高压水喷淋嘴式滤布清洗技术，清洗喷嘴喷射出来的清洗水呈平面扇形，对滤布进行多角度、快速、高效的喷射清洗，清洗效果好。
4）系统配套稳定可靠，自动化程度高
磷酸铁锂净化压滤机过滤系统配套设备如空气压缩机、储气罐、搅拌槽、皮带运输机、入料泵等均选用成熟产品；气动夹管阀、气动蝶阀、气动球阀等较易损坏的设备均自主开发生产。 该压滤机过滤自锂离子电池正极材料生产线投产以来，开车率 90％以上，运行稳定可靠，过滤效果理想。
1压滤机的市场前景
事实证明，磷酸铁锂净化压滤机自动化程度高、运行稳定可靠，故障率低，滤饼洗涤与脱水效果良好，在滤饼厚度为 25 mm 时，滤饼水分≤28％，生产能力≥22.5 kg/m2·h（干基）。 过滤板、隔膜滤板、 橡胶隔膜等核心零部件的使用寿命长，整机防腐效果理想。 因此，磷酸铁锂净化压滤机有效解决了磷酸铁锂的滤饼洗涤与净化过滤难题， 为磷酸铁锂的产业化发展提供了便利，市场前景广阔。
磷酸铁锂净化压滤机适于物料细、 粘度大、难洗涤、难过滤等领域物料的过滤脱水， 可在各种矿山选矿、尾矿干排、化学制药、湿法冶金、环保污水污泥废酸处理等领域大规模推广。
技术：18851718517
邮箱：suton@su-ton.com
