試論選礦設(shè)備中板框式壓濾機(jī)的發(fā)展過(guò)程與趨勢(shì)

游樂(lè)明

（中國(guó)鋁業(yè)重慶分公司生產(chǎn)部，重慶 408403）

1 過(guò)濾機(jī)的發(fā)展過(guò)程、過(guò)濾機(jī)的分類及其特點(diǎn)

近些年來(lái)，隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)固液分離的重要性有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)到它與資源、能源的有效利用及環(huán)境問(wèn)題密切相關(guān)，因而在理論上和技術(shù)上都作了大量研究工作，并取得了可喜的成果。固液分離即是將離散的難溶固體顆粒從液體中分離出來(lái)的一種機(jī)械方法，伴隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展和多樣化，有大量的固液分離問(wèn)題需要解決，這就促進(jìn)了固液分離機(jī)械及其附屬設(shè)備的發(fā)展，這當(dāng)中應(yīng)用最廣泛的是過(guò)濾機(jī)，主要應(yīng)用在選礦、有色金屬冶煉、高爐除塵、浮選精煤尾煤、石油精練、化肥工業(yè)、醫(yī)藥及食品工業(yè)、環(huán)保廢水處理、煙氣脫硫、海水淡化等行業(yè)中。過(guò)濾機(jī)的種類很多，根據(jù)作用原理可分為真空過(guò)濾機(jī)、加壓過(guò)濾機(jī)和離心過(guò)濾機(jī)。過(guò)濾機(jī)在過(guò)濾行業(yè)中的應(yīng)用位置如圖1所示：

圖1 過(guò)濾機(jī)應(yīng)用位置圖

2 國(guó)內(nèi)板框式壓濾機(jī)的現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展

國(guó)內(nèi)的板框式壓濾機(jī)生產(chǎn)廠家主要有：河北景津集團(tuán)、上海莘工機(jī)械有限公司、禹州雙發(fā)化工機(jī)械有限公司、江蘇昆工環(huán)保機(jī)械有限公司、上海大團(tuán)化工設(shè)備廠、康明克斯（北京）機(jī)電設(shè)備有限公司等。而且各個(gè)廠家都針對(duì)不同的用戶開(kāi)發(fā)出了功能和結(jié)構(gòu)不同的板框式壓濾機(jī)。

國(guó)內(nèi)板框式壓濾機(jī)起步較晚，總體技術(shù)水平較低，主要是在國(guó)外機(jī)型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改造，設(shè)備性能方面還存在一定的差距。但由于國(guó)內(nèi)需求量和發(fā)展空間較大，加速了板框式壓濾機(jī)的發(fā)展，推動(dòng)了各項(xiàng)技術(shù)不斷更新。

1965年我國(guó)首次在選礦廠應(yīng)用壓濾機(jī)，到現(xiàn)在為止僅在選煤行業(yè)就已經(jīng)有數(shù)百臺(tái)壓濾機(jī)，其中板框式壓濾機(jī)的數(shù)量最多。板框式壓濾機(jī)具有單位過(guò)濾面積占地少，對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)，過(guò)濾面積的選擇范圍寬，過(guò)濾壓力高，濾餅含濕率低，固相回收率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維修方便，故障少、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，是所有加壓過(guò)濾機(jī)中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)型。

板框式壓濾機(jī)的固液分離方式大概可以分成四個(gè)階段：

1)板框式壓濾機(jī)最開(kāi)始只是用壓力把漿料中的大部分水分壓榨出來(lái)，但濾餅里仍然留有很多的水分，約為20%一22%；

2)隨后增加了二次壓榨，即在開(kāi)板卸料前增加一次過(guò)程時(shí)間比較短的機(jī)械壓榨過(guò)程，進(jìn)一步降低了濾餅中的水分。

3)隨著濾板結(jié)構(gòu)的變化，在濾板的表面上加蓋了一層橡膠膜，橡膠膜有一定的彈性，當(dāng)封閉的濾室內(nèi)充滿待過(guò)濾的漿液以后，往橡膠膜和濾板的夾層內(nèi)壓人高壓空氣，使橡膠膜鼓起壓縮漿液，進(jìn)行擠壓脫水，該壓力在O.05～0.2MPa之間，由于橡膠膜的擠壓，可使產(chǎn)品的水分降低到2%一4%。由于橡膠膜的收縮，也提高了卸餅的效果。如日本拉薩商事株式會(huì)社的壓濾機(jī)使用的就是這種方式。

4)美國(guó)丹佛撒拉公司研制的VP型壓濾機(jī)使用了另一種形式的“吹氣過(guò)程”，這是與以往的壓濾機(jī)最明顯的不同。其過(guò)程如下：經(jīng)過(guò)“擠壓過(guò)程”的濾餅，顆粒之間的空隙還有一定的水分，可以假設(shè)在顆粒之間的空隙為長(zhǎng)短或直徑不同的毛細(xì)管，這些毛細(xì)管中的濾液是很難通過(guò)“擠壓過(guò)程”來(lái)排除的。于是采用了“吹氣”的程序，用壓力空氣來(lái)置換空隙中的濾液。為了使空隙中的濾液流動(dòng)，就需要有一定的壓差，所以用來(lái)置換的空氣應(yīng)具有較高的壓力，當(dāng)壓力空氣進(jìn)入濾餅中的毛細(xì)管中后，其中的液體逐漸被空氣所取代，濾餅的水分就會(huì)降的很低。

在當(dāng)今，許多大型的壓濾機(jī)大多采用機(jī)械壓緊，形成封閉濾室，利用丹佛撒拉公司式的“吹氣過(guò)程”進(jìn)行脫水，但是有些地方也進(jìn)行了改進(jìn)，如：主吹氣過(guò)程結(jié)束后，在開(kāi)板前使用反方向吹風(fēng)，也就是二次吹氣，時(shí)間很短，通常為2～5s，但是可以使濾布上濾餅更快的掉落，加強(qiáng)卸料效果，比如西班牙TH公司生產(chǎn)的APN一18型壓濾機(jī)就是這種壓榨方式；還有的就是在二次吹氣之后再通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單的二次擠壓，把濾餅塊壓得更實(shí)，卸料更快。

另外通過(guò)調(diào)節(jié)還可以控制濾餅的水分含量，真正做到了對(duì)濾餅含濕率的控制，可以滿足各種工況要求。

3 板框式壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作流程

板框式壓濾機(jī)主要由濾板(包括動(dòng)板、定板、中間濾板)、濾板壓緊機(jī)構(gòu)、拉開(kāi)卸料裝置、進(jìn)料泵、機(jī)架梁等部分組成。

板框式壓濾機(jī)的工作流程包括以下幾個(gè)步驟：

壓緊濾板：壓緊油缸(或者其它的壓緊機(jī)構(gòu))工作，使動(dòng)板向定板方向移動(dòng)，把兩者之間的濾板壓緊。在相鄰的濾板問(wèn)構(gòu)成封閉的濾室。

壓濾過(guò)程：給料泵(隔膜泵)將礦漿輸送到濾室里，充滿后，壓濾開(kāi)始，借助壓力泵或壓縮空氣的壓力，進(jìn)行固液分離。

松開(kāi)濾板：利用拉開(kāi)裝置將濾板按設(shè)定的方式、設(shè)定的次序拉開(kāi)。

濾板卸料：拉開(kāi)裝置相繼拉開(kāi)濾板后，濾餅借助自重脫落，由下部的運(yùn)輸機(jī)運(yùn)走。

完成上述4個(gè)步驟，就完成了壓濾機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)。

3.1 濾板(包括動(dòng)板，中間濾板、定板)

最初的濾板主要是鑄鐵芯的，結(jié)構(gòu)尺寸較小，隨著實(shí)際生產(chǎn)需求的變化，濾板尺寸不斷增加，逐步向大型化發(fā)展，尺寸達(dá)到在2000×2000mm左右，同時(shí)質(zhì)量增大，原有的濾板兩邊支撐的結(jié)構(gòu)不適應(yīng)大重量的濾板組，有些廠家便重新設(shè)計(jì)改進(jìn)了機(jī)架結(jié)構(gòu)，采用頂部懸掛結(jié)構(gòu)。也有使用鋼質(zhì)濾板結(jié)構(gòu)的，采用鋼制框加固的濾板，在濾板周邊鑲嵌橡膠條，這種濾板易于維修，防腐性好。

后來(lái)出現(xiàn)了高分子材料濾板，質(zhì)量較輕，成本低。但在使用幾年以后，由于種種原因，邊角處易沖刷出一些溝痕，一旦出現(xiàn)，會(huì)迅速擴(kuò)大，直接影響濾餅的形成，并且由于材料特殊，難于補(bǔ)休，只能更換，造成高昂的備件費(fèi)消耗，鐵芯的濾板又逐漸廣泛的使用起來(lái)，盡管一次性成本較高但經(jīng)久耐用，長(zhǎng)期費(fèi)用較低。到如今，高分子材料技術(shù)有了很大的發(fā)展，對(duì)聚丙烯濾板的修補(bǔ)技術(shù)簡(jiǎn)單實(shí)用，高分子濾板又有取代鑄鐵芯濾板的趨勢(shì)。

3.2 濾板壓緊機(jī)構(gòu)

壓緊裝置的方式主要有3種：用電機(jī)帶動(dòng)絲杠壓緊濾板；用油缸直接壓緊濾板；用杠桿原理放大油缸的作用力壓緊濾板。

電機(jī)帶動(dòng)絲杠壓緊式

用電機(jī)帶動(dòng)減速器驅(qū)動(dòng)絲杠直接頂壓，效率高，傳動(dòng)快，但是絲杠螺紋直接承受壓力，易使絲桿螺紋變形，產(chǎn)生卡死現(xiàn)象且傳動(dòng)功率大，故障多，限制了壓濾機(jī)工作壓力增大，阻礙了設(shè)備的大型化實(shí)現(xiàn)，這種方式現(xiàn)今已很少應(yīng)用。

油缸直接壓緊式

油缸直接壓緊式是目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的一種方式。板框式壓濾機(jī)最初開(kāi)始發(fā)展時(shí)用大直徑的特制油缸活塞桿直接壓緊濾板，通常放置在動(dòng)板的中心處，有的油缸跟隨動(dòng)板移動(dòng)，直接壓緊；有的油缸固定，靠動(dòng)板靠緊后壓緊。后來(lái)由于濾板數(shù)量不斷的增多，所需壓力加大，油缸直徑變得很大，出現(xiàn)濾板四周壓力不足，中心變形大，時(shí)常發(fā)生噴漿現(xiàn)象，難于控制，后來(lái)逐漸發(fā)展成兩個(gè)油缸和多油缸壓緊形式，均勻分布，但同時(shí)液壓站也變大，對(duì)油泵和電機(jī)要求提高，增加了成本。

油缸杠桿放大式

鑒于油缸直接壓緊式的缺點(diǎn)，國(guó)外的廠家設(shè)計(jì)出了機(jī)械放大結(jié)構(gòu)，如西班牙的TH公司的APNl8型壓濾機(jī)的雙連桿機(jī)構(gòu)，巧妙的應(yīng)用了杠桿原理，明顯的減小了壓緊油缸的直徑，并保證了對(duì)濾板的壓緊力。

西班牙TH公司生產(chǎn)的APN一18型壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 APN一18型壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 卸料裝置

卸料裝置可分為兩種：一種是利用步進(jìn)電機(jī)或者液壓馬達(dá)，把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為濾板的直線移動(dòng)開(kāi)板卸料；另一種是利用幾組小油缸，直接拉動(dòng)濾板移動(dòng)開(kāi)板卸料。兩種都是分組多次拉開(kāi)濾板，多次卸料，這樣能夠減小拉開(kāi)濾板卸料所需要的空間，整體縮小壓濾機(jī)的尺寸，并且在實(shí)際應(yīng)用中效率較高，后來(lái)為了加強(qiáng)卸料效果，增加了專門(mén)的振動(dòng)裝置。有的廠家曾提出要大型的板框式壓濾機(jī)像小型機(jī)一樣一次全部卸料，減少多次卸料的中間時(shí)間，提高效率，但實(shí)際證明多次卸料并不比一次性全部拉開(kāi)濾板方式占用時(shí)間多，而且卸料效果比較理想，整體尺寸也可以合理減小?，F(xiàn)今很多壓濾機(jī)采用這種方式，如西班牙TH公司生產(chǎn)的APN一18型壓濾機(jī)、國(guó)內(nèi)河北景津壓濾機(jī)集團(tuán)生產(chǎn)的所有大型壓濾機(jī)都是采用多次開(kāi)板卸料的方式。

3.4 進(jìn)料泵

進(jìn)料泵在板框式壓濾機(jī)的組成中起著重要作用，直接影響生產(chǎn)的效率。最初的板框式壓濾機(jī)漿料的進(jìn)給主要是靠離心泵把漿料打到濾室中，再進(jìn)行固液分離，這種泵在使用中扇葉容易被漿料中的固體顆粒磨損失效，效率較低，逐漸被高效耐用的隔膜泵所代替，但是現(xiàn)今仍有部分廠家使用離心泵進(jìn)行供料，主要用在規(guī)模比較小型的，漿料固體顆粒少的機(jī)型中，大型的板框式壓濾機(jī)多采用隔膜泵，但隔膜泵的震動(dòng)很大，對(duì)周邊的設(shè)備環(huán)境影響較大，而且隔膜由于漿料中的顆粒磨損和疲勞作用經(jīng)常需要更換，但隔膜失效前泵始終保持高效，不會(huì)因磨損而降低，另外更換費(fèi)用較低，隔膜泵最大的排量可達(dá)1040I／min，可通過(guò)最大穎粒10mm，輸送壓力最大60MPa，對(duì)物料的剪切力很低，流量可以調(diào)節(jié)，可以空載運(yùn)行，不會(huì)有危險(xiǎn)，可輸送的物料范圍極廣，從低黏度的到高黏度的，從腐蝕性的到粘稠的都可以輸送，完全可適應(yīng)大型機(jī)的供料要求，應(yīng)用的數(shù)量還是很多的?，F(xiàn)在不少公司都對(duì)隔膜泵進(jìn)行了改進(jìn)，使它的性能不斷提高，發(fā)展趨勢(shì)良好。

4 板框式壓濾機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

除了上面的介紹外，壓濾機(jī)其它的組成部分，都隨著有關(guān)技術(shù)的更新，不斷的改進(jìn)，向著簡(jiǎn)單、實(shí)用、節(jié)能、自動(dòng)化程度高的方向發(fā)展。比如：機(jī)架結(jié)構(gòu)由原有的鋼板焊接式改變?yōu)樾筒牡暮附?、螺栓連接方式，使整體強(qiáng)度增加、拆卸安裝方便，并保證了使用壽命；進(jìn)料管路由單一膠管進(jìn)料，演變成多路同時(shí)進(jìn)料，或者是濾室全部連通，大口徑管路同時(shí)進(jìn)料，節(jié)約了時(shí)間，提高了效率等等。負(fù)載感應(yīng)變量泵，比例閥控制的液壓系統(tǒng)，大大地減少了能源浪費(fèi)，是今后的發(fā)展方向，將逐步取代定量泵、簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)閥控制的液壓系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)，由簡(jiǎn)單的接觸器、繼電器控制發(fā)展到現(xiàn)今的PLC控制，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制和可視化控制，降低了工人操作的危險(xiǎn)和勞動(dòng)量，保證了系統(tǒng)的運(yùn)行安全；有理由相信今后壓濾機(jī)會(huì)朝著更節(jié)能、高效、實(shí)用的方向發(fā)展。

[1]丁啟圣，王維一等，新型實(shí)用過(guò)濾技術(shù).北京：北京冶金工業(yè)出版社，第二版，2005.

[2]張喜勇，板框壓濾機(jī)常見(jiàn)故障分析，中國(guó)科技信息，2005(11).

[3]西班牙TH公司資料，新一代的壓濾機(jī)[R]，1999.