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浅谈环保过滤设备研发现状
摘要：介绍近年国内外研发的过滤设备并分析各自特点，结合矿业资源“贫、细、难、杂”特点和生物化工行业飞速发展的趋势，提出今后研发趋势，以达到缩短工艺流程、降低生产成本、提高自控水平和劳动生产率的目标，获得较佳的经济、环保和社会效益。
关键词：过滤；压滤；滤饼水份；设备

1 前言
过滤作业利用过滤介质将物料中固液分开、充分回收目的矿物、过滤设备与物料性质+工艺条件、输送路线及装备水平密切相关、精矿水份过高、在输送途中既污染环境又增加动力消耗，同时造成下道工艺（冶炼、化工)备料成本高，因此有效降低精矿水份和选矿成本，成为矿物加工工程重要议题之一,为使滤后精矿水份达到下道工艺要求，大部分冶炼（化工）厂增加干燥作业。干燥法能耗大、成本高，一般尽可能不用。相对而言，过滤是较经济的脱水方法，可降低运输费用、减少环境污染和节约能耗，具有较大经济潜力。

2 过滤设备简介
过滤设备总体分为真空和加压两类，真空类常用的有转筒、圆盘、水平带型等，加压类常用的有压滤、压力容器、压榨、动态过滤和旋转型等。随着能源短缺、资
源贫化、水资源和环保问题的日益突出，生物化工材料的迅速崛起，出现了复合力场过（压）滤机。

3 真空过滤机
3.1 转筒过滤机
（1）折带外滤圆筒真空过滤机结构及其工作原理
折带外滤圆筒真空过滤机为该类代表， 主要部件有筒体、分配头、矿浆槽、搅拌器、滤液缸及传动机构等，其利用真空泵抽真空产生的负压作为过滤推动力，负压极限为—101kPa。筒体转动使滤室相继经过过滤、脱水、卸饼和滤布清洗区，全过程包括吸滤和吸干，吸滤只吸出矿浆中水份，吸干不仅吸出滤饼中水份且抽吸大量空气空气置换滤饼中水份,滤液经滤缸重力排液装置排出， 因滤液的排出是利用滤液缸中水柱的静压力克服大气压的原理使滤液自流排出，滤液缸分离隔板下端与水封箱水面高差须保持在10米左右。
（2）生产实践
产能主要取决于过滤介质和真空装置，滤饼在被吸干过程中，由于体积收缩，形成无数裂缝，大量空气从裂缝中通过产生“短路”现象，造成能耗高、生产成本高和效率低,。
3.2 圆盘过滤机
3.2.1滤布圆盘真空过滤机
该类机主要由分配头、主轴、给矿与卸料、搅拌、传动、真空和自动润滑等装置组成，工作原理与转筒过滤机相似，圆盘依次通过过渡区、调节区、过滤区、干燥区、过渡区、吹落区，在反吹风作用下，滤饼自动卸落，真空度0.038~0.082Mpa。比转筒过滤机占地面积小、滤布耗量低、工作可靠；采用变频等无级调速装置，传动效率高，可方便调整滤盘转速而达到调整产能目的，扇形板与传动轴为刚性连接，连接强度增加且可单独换扇形板。
该类机过滤区角度(~)和脱水干燥区角度(112°~172°)是影响水份主要参数,成饼过滤区与转筒过滤机接近,但有最大脱水干燥区,成饼过滤区/脱水干燥区比值为0.6~1.0,比值越小滤饼水份越低。处理-74占90%、浓度60%的铁精矿，滤饼水份11.6%产能226kg/h。

3.2.2 陶瓷圆盘过滤机
(1)结构及其工作原理
该类机应用微孔陶瓷板作过滤介质，过滤机理有新突破， 根据不同矿性， 陶瓷盘微孔可在0.3~0.8间调整，不但有毛细管作用（一是把水吸入管内；二是保持管内的水，阻止空气通过微孔），而且不让空气透过，使用周期2—年。滤盘把空气吸入滤饼置换其中水份，真空泵抽出水而没有空气#，整机能耗是传统过滤机的10%。主要构件有矿浆槽、搅拌器、滚筒、陶瓷片、超声波发生器、酸洗装置、刮刀、真空泵和PLC组件等"。工作周期依次为滤饼形成、干燥、刮卸和陶瓷片冲洗四个阶段，干燥的滤饼到达卸饼刮刀位置（0.5~1.0mm）被强行卸落。
陶瓷片在开始下一循环前，被高位水池的滤液水反冲洗（3~5s）,反冲洗水(0.5-0.8Pa)经过滤、减压和恒压系统达到恒压，再经分配阀进入陶瓷板内，#经毛细
管向外流动，#以清除残留的滤饼和疏通微孔。运行一段时间， 陶瓷板面和内部会积聚一定反冲洗水难以清洗固体物，必须启动清洗系统（酸洗和超声波清洗，#通常
两者同步进行）。放空槽内矿浆，注满水同时加入草酸或硝酸，酸液通过微孔到达陶瓷板面，#清除微孔内不溶性氟化物和其它矿物；为高效、快捷清洗并节约化学药剂，弥补化学清洗不足，#超声波清洗系统可进一步清除陶瓷板面顽固附着物。
（2）生产实践
通常，该类机滤饼水份≤12%，产能≥450kg/h。陶瓷板随给矿浓度增大，产能增大，水份升高，#浓度≥57%，产能增幅明显。滤饼水份显著低于传统真空过滤机，滤液含固量≤5ppm,减少了超细颗粒在脱水流程中循环量，利于提高回水利用率和优化粒级组成。其具有分离速率高，（过滤速度快，产能高）、分离精度高（滤液含固低、滤饼水份低）、运行效率高（易于实现自动化、连续性、节能）的特点。

3.3 水平带式真空过滤机
该类机以循环移动的环形滤带为过滤介质而连续过滤，利用真空负压和重力作用使固液分离。 近年因材料、真空技术获得突破，得以迅速发展，最高带速40m/min,
带宽0.5~3.4m。
（1）常用水平带式过滤机
常用的有真空盒移动室和真空盒固定室两种，前者真空盒随滤带移动，过滤时真空盒移到一定位置卸掉真空，迅速返回原位，重复下一循环；后者真空盒不动，滤布随胶带在真空盒上移动，盒与带间密封。近年研制出间歇移动带式过滤机（固定盘真空撑带式）、连续移动盘带式过滤机和压榨带装置机型。 间歇移动式无需电机拖动， 靠撑带气缸往复运动拖动滤带向前移动； 连续移动式将整体式真空滤盘改为很多可以分合的小滤盘，小滤盘联结成一环形带， 随同滤盘向前移动，不必使用真空切换阀。
（2）特点
①采用多级溢流洗涤，用很少洗涤液可获得高质量滤饼，洗涤回收率达99.80%；②采用水平过滤面和上部加料，因重力作用大颗粒物料优先下沉，在滤布表面形成助滤层，减少滤布阻塞和降低过滤阻力，改善过滤效果；③占地面积比真空过滤机大，适用于物料粒级较粗物料，滤饼水份和产能同圆盘过滤机相当。

4 压滤机
4.1板框、箱式压滤机
板框压滤机有立式和卧式两种，厢式压滤机一般为卧式。卧式自动板框或厢式压滤机主要由主机（头板、尾板、滤板、主梁、拉板装置、压紧装置）、滤布振打装置、液压、滤液收集槽、管路控制等装置组成。主滤布吊挂于横架上，横架用弹簧挂在滤布支杆上，矿浆通过尾板进料口输入，所有滤室充满后压滤过程开始，滤液
经滤布沿泄水沟流出，滤饼留在滤室内继续进浆，达到设定厚度时停止进浆，根据物料性质和工艺配置对滤饼可选择进行洗涤和吹风干燥。处理灰分10.5%、质量分数17%、90%-74 的精煤，滤饼水份20.54%、脱水率91.12%。
隔膜自动厢式压滤机存在橡胶隔膜滤板与普通滤板交替排列，两者闭合形成滤室，滤室厚度可随意改变和选取适当时机中止进料，进行压榨过滤，滤饼厚度可
随意选取，工作过程与自动厢式压滤机相近，过滤、洗涤结束后，将0.5~0.6MPa压缩空气充入隔膜内，隔膜膨胀并挤压滤饼，而后卸料。此机最大特点：①可实现
最佳化过滤；②滤板采用网形组合结构和隔膜加压装置，滤板双拉开。

4.2 自动压滤机
自动压滤机是在板框压滤机上发展起来的压滤板框上下叠加者为立式压滤机，压滤板框左右叠加者为卧式压滤机，除机器结构差距较大外过滤原理和工艺配置相同。
4.2.1 立式自动压滤机
立式自动压滤机是在综合传统压滤机和带式过滤机优点及克服常规压滤机缺点基础上研制的压滤设备，用加压泵把矿浆压入滤室，使滤室产生高于大气压的正压差作为过滤推动力，通常为300~600kPa，是传统真空过滤机负压5~30倍。
（1）压滤机工作原理
立式短程序控制的全自动压滤机， 板框间通过开闭机构使之相互靠紧，其间形成45-66mm高的滤室，滤布穿梭于其间， 其功能包括从矿浆输入到滤饼卸落的过
滤、压滤、吹干和卸饼四个阶段。压滤结束，压缩空气通过矿浆管（此时给矿的气动加紧阀关闭）及软管进入各滤室，一是向上撑起橡胶隔膜；二是在压缩空气作用下，滤饼进一步脱水。吹干结束，压滤板框开启!随着滤布拉紧、运行，滤饼在板框前后两端卸落到滤饼输送设备上。
（2）生产实践
供给浓度66.8%和-74占95.5%的精矿，矿浆压力0.325~0.8Mpa、加压水0.5~0.7 Mpa、空气压力0.35~0.65Mpa，滤饼水份9.78%、滤饼厚19.27mm、产能257kg/h。
最初的立式压滤机，一是故障率高、泄露点多，导致能耗高、工作环境差和维修量大；二是部分备件和材料国产化水平低， 依赖于进口，导致生产成本急剧上
升；三是随着时间推移，设备大修周期变短和维修费用剧增，设备工艺性能下降，严重制约设备作业率和产能的进一步提高及生产成本的降低。

4.2.2 卧式自动压滤机
（1） 构造及工作原理
该机主要由主机、传动与压紧、自控和辅助、阀、泵、空压机、储气罐）等系统组成，对于不同腐蚀性物料，压滤机所有与之接触机构采用不同材质，以满足物料和工艺的需求，生产参数显示在自控系统终端，供生产和维修人员分析和指导生产。
工作原理：①压紧电机正转，滤板合拢压紧，滤板间形成密闭滤室（隔膜与滤布间）和压榨室（隔膜与滤板隔板间）。②料浆被泵入滤室，液相透过滤布形成滤
液，固相被滤布截流形成滤渣，滤渣增至适当厚度，给料自动停止。③压缩介质进入压榨室并推动隔膜压缩滤饼，进一步使滤渣中液相透过滤布，滤渣被压榨成密
实滤饼。④压缩空气进入滤室，透过滤饼和滤布吹干滤饼。⑤压紧电机反转，滤板等间距张开，滤饼因重力自动卸落。⑥滤板张开到最大位置后，卸料机构振动将粘
附在滤布上的滤饼清除， 随后清洗阀门自动打开并冲洗滤布， 随后进入下一循环。处理70%-74的锌精矿，滤饼厚30mm、水份6%~8%、产能450~550 kg/h。
(2)特点
①易操作、运转率高、生产成本低；②辅助作业时间短，工作人员劳动强度小；③占地面积大，板框易变形。
4.3 罐式加压压滤机
针对间断式压滤机不利于生产率提高而研制的罐式加压压滤机将加压压滤、过滤、压榨、吹干、自动卸料等作业集于一体，最大过滤面积144。该类机由加压压滤、 排料、 自控和辅助等系统组成。加压压滤系统由加压舱、压滤机构、舱内
刮板运输机、反吹风包、冲洗装置、主空压机、液压润滑系统、泵和阀门等组成。排料系统是该机关键技术，由上部储料仓、料位计、上闸门、排料仓、下闸门、闸门充气密封圈、排料仓充气阀、放气阀等组成。冲洗装置主要向液位计、轴封、过滤介质和观察窗提供加压水。所有组成部分均由控制系统操纵并自动完成压滤功能，进浆和滤饼卸落都是自动进行。
特点：①采用行星回转方式， 过滤元件呈星型配置，既能自转又能绕中心轴转。②压滤系统装在压力容器内，保证在一定压力下卸料，单独的密闭排料装置。③滤布或滤网损坏时常发生，每次换布或过滤元件必须打开气压罐；罐内空间有限，维护困难。④比真空过滤机速度快、水份低、产能高。
4.5旋转压滤机
该机分圆筒形外壳(螺旋螺距逐渐减小)和圆锥形外壳(螺旋直径逐渐减小)两类，其过滤、压榨和筛分运输全由一个安装在多孔机壳内的螺旋完成， 因螺旋和机壳间不等距，物料被挤压，有效体积不断收缩。矿浆给入绕在螺旋外侧长方形槽中， 槽壁即是旋转过滤单元，螺旋压缩和输送滤饼。必要时可在卸料端安装一喷嘴，喷入高压气体进行再次压榨。

5 复合力场过滤机

5.1 卧螺离心机
离心力和磁力复合作用的该机主要由圆筒转鼓、螺旋输送器、差速器等组成。转鼓上装有使悬浮液磁性粒子受吸引力的磁性装置， 用少量顺磁物质作磁种，在
强磁场中可发生异相凝聚且絮团聚有顺磁性，在高梯度磁场中可被分离出来。磁性粒子受重力和磁力复合作用，加速沉降在转鼓内壁，固相由螺旋输送到排渣口，从
而使固液分离，特适用于含极细磁性粒子的分离。

5.2 电场压滤机
因各种料浆极限脱水率相近，但电导率相差较大，将电导率引入过滤作业，在压滤机上加电场，颗粒在电场作用下的电泳和液相在电场作用的电渗及电流使料
浆温度上升，导致粘度降低，滤饼浓度可提高20%。缺点是电耗过大。

5.3离心过滤机
该类机充分利用重力和离心力场，分间断上悬式、自动短循环间断式和连续输送式，最小截流粒级10，上悬式用帆布、金属丝加强布或金属丝网过滤；自动式用细金属筛网；连续式通常是钵体自身窄缝壁过滤，水份比压滤机低。
管式离心过滤机可过滤0.5固相，国产转速20000r/min，离心机成功用于微米和纳米级料浆的过滤，工作可靠，滤饼浓度95%~99%，滤液接近纯净水。对于该类机强化隔音和密封，以防止微细颗粒弥散特重要。

6 纤维转盘过滤器
目前，大部分企业的过滤设备采用砂层过滤，甚至个别企业采用微滤机。砂虑的缺点是占地大、跑滤料、维护管理困难；微滤的缺点是不能去除浊度、投资和运行费用高。纤维过滤器作为一种新型的过滤设备，具有出水水质好、占地小、不跑料、运行费用低、维护管理方便等优点，是水处理的理想设备。

7 膜过滤技术
由于被脱水料浆粒级越来越细， 加上纳米材料高速发展，膜过滤技术因此蓬勃发展。膜过滤技术包括微滤、超滤、反渗透、纳滤、及离子交换等，矿业领域目前只涉及到微滤和超滤，常见的有混合纤维素酯、再生纤维素、聚氯乙烯、聚酰胺、聚砜、改性丙烯酸聚合物等微孔膜，膜组件有平板式、卷式、中空式、折叠式和管式等。 除微滤膜外，还有各种滤芯、烧结微孔和复合膜微孔过滤介质。
离子交换膜是具有选择性透过的膜状高分子电解质，将阴阳膜交替排列在电极间进行电渗析，实现矿浆的浓缩或过滤。该法在氯碱和钨冶金业获得成功应用，充分显示出节能、降耗、高效、低污染和工艺简单等优越性，引起生物、矿业和环保行业的高度重视。离子交换膜占地面积小，运用灵活，易于实现自控。
一因膜孔太小，二因膜滤中的浓度极化，膜滤孔极易堵塞， 因此横流动态过滤技术随膜滤技术的发展而迅速发展，近年出现了十字流过滤技术。

8 研制趋势
近年来，过滤技术应用领域不断扩大，固液分离粒级越来越细，总趋势是要求滤液高澄清度和滤饼低含湿量、降低固液分离成本，进而促使固液分离工艺与设备围绕这个技术问题展开。今后在研发、生产中应从以下几方面入手， 以进一步挖掘过滤设备潜力和提高效率，达到降低生产成本和提高经济效益目的。

8．1研发高效过滤介质
（1）滤布
早期的转筒真空过滤机普遍使用复丝滤布， 因其经，纬线由复丝加捻而成，工作时会有部分固体颗粒镶嵌在细丝间。选择适合的滤布能大大改善过滤效果和降低生产成本，根据生产经验，所选滤布要满足如下条件：质量好、经纬度均匀致密；耐腐蚀，有较强抗酸、碱性能；滤布伸缩性好、遇水变形小，厚薄适当且均匀，以4-9mm为宜；滤布吸附性小，物料易脱落，以防粘性造成滤孔堵塞。研发过滤速度快、产能大的滤布，将进一步提高过滤设备产能和指标。
（2）陶瓷过滤介质
该介质只让液体通过而气体不能透过， 整个板面被分为若干过滤单元，其表面滤饼收缩不产生裂隙，压差保持不变。微孔陶瓷材料由于具有孔隙率高、透气阻力小、可控孔径、清洗再生方便以及耐高温、高压、耐化学介质腐蚀等特点，在许多领域具有较大的应用市场。以微孔陶瓷材料做过滤介质的陶瓷微过滤技术及陶瓷过滤装置不仅解决了高温、高压、强酸碱和化学溶剂介质等难过滤问题，而且由于本身具有的过滤精度高、洁净状态好以及容易清洗、使用寿命长等特点，因此，目前已在石油、化工、制药、食品、环保和水处理等领域得到广泛应用。
但对不同矿性、粒级组成和工作温度的单位，一定要考虑该介质的微孔匹配性。通过对陶瓷片透水性试验发现使用过的微孔被微细粒级精矿堵塞，是影响陶瓷片透水性及精矿过滤效果的关键。对于该类介质微孔堵塞一是加强酸洗和超声波的联合清洗，适当提高酸洗浓度和延长酸洗时间； 二是采用草酸或次氯酸进行不定期清洗；三是多种不同方式的联合清洗。

8．2开发多功能一体化元器件，增强密封性
无论哪类过滤设备，都与抽真空或加压有关，因此过滤设备的密封性显得尤为重要。 随着机械、电器行业制造技术的“高、尖、精、细”化，原来由两个或更多元件组成的部件，可考虑开发功能更多且集于一体的元器件，既解决了密封性和安装的方便，又降低了制造和生产成本。

8．3发展复合型与节能型过滤技术
随着真空、空压技术的日益精细化，过滤设备的研发应充分利用多门尖精技术，将真空过滤、压滤等技术集于一台过滤设备，设备既可过滤也可发挥压滤功能，利于脱水工艺流程配置，减少工艺管道、电机和辅助设施的配置，方便生产组织，降低生产成本。
随着分离机械向大型化发展, 如何降低单位处理量的能耗是当务之急。因此, 离心机、过滤机如何用最小的能耗提高其滤饼的脱水效果得到最干的滤饼, 或为后续的干燥工艺节能。因此, 有大量节能型的过滤与分离设备出现：
a. 厢式压滤机带压榨隔膜, 采用机械压榨力脱液, 可以使加压过滤后的滤饼更干, 比干燥脱液大大节能；
b. 螺旋离心机增加挤压段；
c. 真空过滤机外加蒸汽加压过滤；
d. 带压榨隔膜的厢式压滤机增加干燥单元；
e. 各种离心机普遍采用变频( 双变频) 或液力传动, 比干燥脱液大大节能, 有适宜的分离因数, 启动阶段的功耗合理；
f. 过滤加干燥( 蒸发) , 即二合一( 釜式) ；
g. 结晶、过滤加干燥, 即三合一；
h. 过滤、洗涤加干燥的带式三合一。

8．4 设备大型化"节能化和自动化
设备大型化和节能化是机械制造业的未来发展趋势和市场竞争焦点，过滤设备更是如此。好多固液分离效率较高的过滤设备因部分组件的技术瓶颈问题，存在最大不足是有效过滤面积太小或仅处于实验室阶段，严重制约了设备大型化、工业化和产业化。只有突破设备产能，才能充分体现出先进的过滤技术含量和获得经济社会效益。在过滤设备大型化基础上，必须考虑如何用最小能耗获得最干滤饼， 同时要考虑后续工艺设备的节能降耗， 像陶瓷介质已充分体现出节能降耗的特点，该类设备正在向大型化发展。
过滤设备自动化既是设备本身的需要， 更是工艺流程配置和提高劳动生产率之所求。对于其自动化，必须解决如下几个问题：自动调节真空度(压力)控制产量；自动调节工作周期、滤饼厚度并保证水份；根据矿浆液位自动调节转速；应用自适应模糊控制理论；让设备自身根据不同矿性确定最佳工作参数。
同国外相比， 无论从过滤介质制造或烧结所用的滤材质量和制造技术及设备， 还是精整技术与工艺都相差甚远，国外的过滤介质孔隙率高、阻力小并具有机械截流加化学与静电吸附作用的高选择性等。 国内在过滤设备方面除了缩小同国外差距外， 更重要的是应从“贫、杂、细、难”化国情出发，考虑到地下溶浸、矿石生化浸出和萃取冶金等工艺的快速发展， 加大膜过滤技术的开发应用，争取成为21’世纪膜滤产业化大国。

参考文献
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