板框厢式隔膜压滤机
前言
板框压滤机是重要的固液分离设备，广泛用于冶金、煤炭、有色等行业，随着板框压滤机技术不断改正，板框压滤机应用领域得到不断拓宽，尤其自动化在板框压滤机中的应用，自动化板框压滤机在精细化工领域得到广泛使用，强化板框压滤机洗涤除杂功能。锂离子电池作为电动汽车首选材料之一，过滤洗涤是很重要的生产环节，过程中对异物控制要求严格，常规过滤洗涤设备实际操作过程中存在着众多的人为因素，很难满足锂电池材料对杂质及异物要求，随着现代工业技术的发展，为我们提供了完备的技术手段，通过PLC微机自动控制系统，可将板框压滤机过滤洗涤质量及管理水平提到一个新高度。自动化板框压滤机具有效率高、自动化程度高、密闭操作等优势，目前在锂离子电池材料过滤洗涤领域得到普遍使用。工艺方案(1)设备选择电池材料基于本身特点，对产品要求严格，尤其是对杂质、异物、物料洗涤一致性、稳定性和重现性，所以对设备及工艺的选择尤为重要，目前在锂电行业中应用于产品洗涤的设备较多，如离心机、三合一设备、带式过滤机、板框压滤机、圆盘过滤机等等，但目前国内电池材料行业内应用最为广泛的为离心机，离心机具有效率高，分离因数大从而广泛应用于生产中，但是随着小粒度产品及异物控制要求提高，对洗涤出料设备提出更高要求，全自动板框压滤机优化后，对小粒度物料的适应性得到明显的提高，对异物的控制更有利，从而我司在生产过程中，选择全自动板框压滤机进行电池材料洗涤出料，表1为不同过滤设备参数对比表。
从表格各参数对比可以看出：板框压滤机及离心机综合效率高，为了降低异物控制风险，最终选型为全自动板框压滤机。
工艺设备要求①设计产能要求：1.6t/批；②出料时间：6.5h/批；③物料水分：≤8.0%；④母液电导率：≤10us/cm。
3.工作原理及实验
(1)结构性能自动板框压滤机将机电自动控制系统应用于板框压滤机中，从而实现过程控制自动化，大大降低了劳动力，提高生产效率，自动板框压滤机结构租车：板框机架、板框自动拉板系统、过滤板、顶紧液压系统电气自动控制系统。厢式自动压滤机主要技术参数如表1所示。
(2)工作原理板框压滤机工作时，含固体料浆用泵经料浆通道进入过滤板框中，固体料浆在压力的推动下滤液透过滤布进入滤液收集管道中，固体被滤布截留留在板框中形成滤饼，滤饼充满滤框后，即停止过滤。压滤完成后进行进气残留水吹干，然后开始进入洗涤阶段、洗涤分为正洗、反洗两种方式，洗涤完成后进行吹干，洗涤结束后，松开滑动机头并将板框拉开，卸出滤饼，清洗滤布，整理板、框，重新装合，进行另一个操作循环。自动板框压滤机在电池材料中主要应用于产品洗涤出料，将沉淀反应的合格品经过洗涤吹干后进行烘干。
(3)实验方法合格料浆通过隔膜泵泵入全自动板框压滤机中，通过料浆中固含量计算泵入料浆体积，打料完成后，通过残留水吹干，洗涤，吹干等程序完成物料出料，进入烘干过筛工序，得到合格产品。实验过程中分别对残留水吹干时间、洗涤时间、洗涤次数、吹干时间、吹干次数进行考察，验证了工艺条件对物料水分含量的影响。
4.实验结果与讨论
(1)残留水吹干时间对洗涤效果的影响打料完成后，板框内的物料含有大量的残留水，不同残留水的吹干时间对镍钴锰材料杂质含量影响较大，残留水的吹干变得尤为重要，为了减轻后续工序洗涤过程中的压力，料浆进料完成后需进行残留水吹干程序。残留水吹干时间直接影响洗涤效果。随着残留水吹干时间的增加，多元前驱体S和Na含量呈现下降趋势，当反吹时间＞10min，S和Na的下降幅度变缓。
(2)洗涤时间对产品杂质影响不同洗涤时间对多元前驱体材料杂质含量影响较大。洗涤时间直接影响产品杂质最终结果，本文考察了不同洗涤时间对多元前驱体杂质影响。
(3)洗涤次数对多元前驱体杂质影响在相同洗涤时间，不同的洗涤次数可以改善多元前驱体材料杂质含量。不同的洗涤次数直接影响产品杂质最终结果，为了验证少量多次的洗涤方式对多元前驱体杂质影响，在相同条件下，考察不同次数洗涤后，多元前驱体的杂质数据，具体结果见表4。随着洗涤次数的增加，多元前驱体S和Na含量呈现下降趋势，洗涤次数越多，S和Na含量降低，同时下降幅度也呈现变缓趋势。
(4)吹干时间对多元前驱体水分的影响水分在多元前驱体烘干中为一个重要指标，水分越高，烘干时间需较长，为了提高多元前驱体烘干效率，洗涤后产品水分越低对提高生产效率是有利的，同时也可以最大程度降低杂质含量，空压气在恒定条件下，吹干时间对水分影响最为关键，而不同吹干时间对多元前驱体水分含量影响较大。考察了不同吹干时间对多元前驱体水分影响。随着吹气的时间增加，多元前驱体水分含量呈现下降趋势，吹干时间120min后，水分下降缓慢，增加吹气时间对水分下降效率降低最佳吹气时间控制120～180min。
(5)吹干次数对多元前驱体水分的影响吹气时间越长越有利于水分含量降低，实验验证过程中，发现连续吹干会导致料块短路，影响吹干效果，为了在有限时间内，提高吹干效率，验证了在相同时间内，分不同次数吹干对多元前驱体水分含量的影响，不同吹干次数对多元前驱体水分含量的影响，随着吹气次数增加，多元前驱体水分含量呈现下降趋势，吹干次数≥4次后，水分含量下降缓慢，在相同时间内，吹气次数4次较为理想。
5.自动控制系统的优化
自动板框压滤机在各冶金、化工、污水处理等行业应用广泛，但在锂电材料行业，真正应用产品领域除日本和韩国等外，国内目前均未实现普及，在精细化产品中，自动板框压滤机应用成熟度不够，主要体现在洗涤工艺与产品物料性质的匹配性，尤其在锂电电池行业应用于产品洗涤的更少，为了解决自动板框压滤机对多元前驱体洗涤效果，从而对自动板框压滤机洗涤，吹气工艺进行优化。
(1)压榨工艺优化增加残留水吹干为了尽可能降低多元前驱体压滤后母液残留量，增加残留水吹干工序，使洗涤前物料母液残留量减少至最少，从而提高洗涤效率。
(2)洗涤工艺优化洗涤采用间断多次洗涤模式。为了提高洗涤效率，避免洗涤短路现象发生，洗涤工艺由常规一次洗涤模式，优化成15秒一组洗停组合，反复重复洗涤组合直到一次洗涤完成，洗涤过程按正洗和反洗交替进行，直到洗涤合格，整个过程全部采用PLC程序化自动控制。
(3)吹干工艺优化吹干采用间断多次吹干模式。为了提高吹干效率，避免吹干短路现象发生，吹干工艺由常规一次吹干模式，优化成15秒一组吹停组合，反复重复吹停组合直到一次吹干完成，吹干过程按正吹和反吹交替进行，直到吹干合格，整个过程全部采用PLC程序化自动控制。
(4)材质优化材质优化为不锈钢或非金属材质。为了最大程度减少金属磁性异物的带入产品，板框设计过程中，尽可能的采用非金属材料，无法满足强度要求，全部采用非磁性不锈钢材质，从而减少了金属磁性异物带入的可能。
6.结语
实验过程中分别对残留水吹干时间、洗涤时间、洗涤次数、吹干时间、吹干次数进行考察，验证了工艺条件对物料杂质、水分含量的影响；完成了对板框压滤机自动控制优化，最大程度的提高板框压滤机洗涤吹干效果；通过对板框压滤机材质设计选型，使用过程中降低板框压滤机带入磁性异物的风险。全自动板框压滤机在锂电行业的应用为国内最早工业化应用案例，为后期大规模使用提供参考依据。
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