大型高效自动压滤机及脱水工艺研究.pdf

2 0 0 8 年第4 期 有色金属 选矿部分3 9 大型高效自动压滤机及脱水工艺研究 刘惠中- ，一，王青芬2 1 ．北京科技大学，北京1 0 0 0 8 3 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要为解决难过滤矿物脱水的难题，通过对高效压滤脱水工艺的研究、高效压滤机的设计研究、压滤机的大 型化研究、压滤机自动控制系统及脱水过程控制优化的研究，成功开发出了大型高效的B P F 自动压滤机及配套脱水系 统。在选矿厂精矿脱水的工业应用证明，脱水后获得的滤饼水分可达8 ．O ％左右，明显低于真空过滤的1 5 ．O ％。单位过滤 面积处理能力达3 0 0 ～4 5 0 k g ／m 。h ，明显高于普通板框压滤机的单位过滤面积处理能力。 关键词压滤机；脱水工艺；滤板大型化；神经元网络；压滤过程优化 中图分类号lT D 4 6 2 ．2文献标识码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 0 8 0 4 - 0 0 3 9 - 0 4 随着易选矿产资源的逐渐枯竭，复杂难选和低 品位矿石量增加，磨矿粒度变得更细，导致精矿的 脱水过滤变得越来越难。为解决难过滤矿物的过 滤，一种高效的压滤机被开发出来并逐渐应用到了 选矿厂的精矿过滤中。由于这类压滤机在控制上都 采用自动控制技术，一般称此种高效压滤机为自动 压滤机。 目前在我国选矿工业中得到成功应用的自动压 滤机有多种，如芬兰L a r o x 公司开发的L a r o x P F 自动压滤机【1 】．和北京矿冶研究总院开发的Z Y L D 自动压滤机等。 北京矿冶研究总院早期研制的Z Y L D 自动压滤 机，单块滤板面积为0 ．6 4 m 2 ，最大单机过滤面积 1 5 m 2 ，已在陕西银矿、陕西铅硐山铅锌矿等中小型 矿山得到了成功的应用，应用实践证明可以有效地 处理细而黏的难过滤选矿精矿，滤饼水分明显低于 真空过滤及板框压滤机。但存在单台设备过滤面积 小，滤板等易损件消耗大，自动控制系统、滤板密 封结构不够完善等问题，如果不进行大型化研究和 性能的进一步完善，就难以适应大型矿山难过滤矿 物的过滤。 为解决以上高效压滤机在工业应用中出现的问 题，本项目通过对高效脱水工艺、滤板大型化、压 滤机自动控制技术、压滤过程控制优化等方面的研 究，在Z Y L D 自动压滤机的基础上开发出了新型的 B P F 系列自动压滤机及脱水系统，单机最大过滤面 积由原来的1 5 m 2 增大到6 0 m 2 。 1高效压滤脱水工艺的研究 自动压滤机一个完整的工作过程包括滤板合 拢、入料压滤、机械压榨、风干、滤板拉开、卸 饼、滤布清洗等[ 引。对脱水起决定作用的是“入 料压滤”、“机械压榨”和“风干”这三个过程。 1 ．1 入料压滤 滤板合拢形成滤室后，过滤浆液进入压榨板的 隔膜和过滤板的滤布之间的滤室，在压力作用下， 液相透过滤布形成滤液排出压滤机，固相被滤布截 留形成滤渣，逐渐增厚形成滤饼。当滤饼增厚到适 当厚度时，停止压入过滤浆液。 这个过程在将浆液压人滤室的同时就开始了过 滤作业，属于一个滤饼过滤r 3 ] 的过程。 物料性质对此阶段的影响较大。如物料粒度、 料浆浓度等，其中物料粒度是最基本的。而料浆浓 度显著地影响过滤阻力【4 】。在低浓度时，浆液中 的细颗粒易使滤布孔眼堵塞。高浓度时，由于相互 干扰，绝大部分颗粒不能进入滤布孔眼而在其上成 拱架桥，使滤孑L 在较长时间内不被严重堵塞[ 引。 所以预先将料浆浓缩，可以起到降低滤饼阻力，提 高过滤效率的作用。 1 ．2 压榨脱水 压榨脱水的方式有多种，应用最广泛的主要有 两种方式l 一种是带压榨机构的机械压榨脱水，另 一种是液力压榨脱水。这两种压榨方式的效果对比 如图1 所示[ 6 ] ，从图中可看到，机械压榨曲线明 基金项目科技部研究院所技术开发研究专项资金项目 2 0 0 3 E G l l 5 0 2 7 收稿日期2 0 0 8 - - 0 3 - - 0 3 作者简介刘惠中 1 9 6 9 一 ，男，江西信丰人，博士，研究员，主要从事过滤脱水、重力选矿工艺及设备研究。 万方数据 4 0 有色金属 选矿部分2 0 0 8 年第4 期 显更陡，说明滤饼经过机械压榨后，达到相同滤饼 孔隙率的时间明显缩短。而液力压榨脱水要达到相 近的孔隙率时间就要延长好几倍。滤饼的水分随着 孔隙率的减小而降低，所以机械压榨可以明显缩短 滤饼的脱水时间。 累计操作时间／s 图l 机械压榨与液力压榨试验曲线 F i g ．1 M e c h a n i c a la n dh y d r a u l i cc o m p r e s s i n gt e s tc u r v e s l 一液力压榨曲线；2 , 3 一机械压榨曲线 1 ．3 风干脱水 在压榨完成后，滤饼的孑L 隙中仍残留有部分水 分，这时将压缩空气通入滤室，穿过滤饼，进一步 将滤饼中残余水分带走，这就是风干脱水。风干可 分三个阶段穿透阶段，置换阶段和蒸发阶段[ 引， 各阶段的作用效果大致如图2 所示。 ． 时间 图2 风干脱水三阶段 F i g ．2 T h r e ep h a s e so fb l o wd e w a t e n n g l 一穿透阶段；2 - 置换阶段；3 - - 蒸发阶段；4 _ 气体突破点；5 平衡点 从图2 中可看到，穿透阶段排液量最多。而后 进人置换阶段、蒸发阶段。实际上，滤饼脱液过程 无法全部排除微细孔隙中的毛细水和以水化膜形式 存在于颗粒表面的液体。从图2 中可看出，在穿透 阶段结束后，滤饼的饱和度基本不再下降，滤饼水 分已接近最终水分，而如果继续吹气风干，只会增 加压缩空气的消耗量。 所以，高效的压滤脱水工艺是在“人料压滤” 过程的基础上，通过增加“机械压榨”和“风干”脱 水过程，以获得更低水分的滤饼和更高的作业效率。 2大型高效自动压滤机的研究 2 ．1 高效压滤机的设计研究 高效压滤机是实现高效压滤脱水工艺的主体， 所以，它首先必须能完成上述的高效脱水工艺。 B P F 自动压滤机的主要脱水过程如图3 所示。 卸料 ， 瑚 ■ 图3B P F 自动压滤机脱水过程 F i g ．3 T h ed e w a t e r i n gp r o c e s so fB P Fa u t o m a t i c - c o n t r o lp r e s s u r ef i l t e r B P F 自动压滤机的“入料压滤”采用离心泵提 供过滤推动力，压力最高可达1 M P a 。采用的是隔 膜压榨，属机械压榨的一种，如图3 所示，在完成 人料压滤后，压缩空气被通入到压榨板隔膜背面的 压榨室，推动隔膜挤压滤饼，滤饼孔隙率迅速减 小，从而起到快速脱水的作用。为了充分有效地把 滤饼中的水挤压出来，压榨压力应该尽量高，考虑 到密封等各方面因素，一般压榨压力控制在0 ．8 ～ 1 ．2 M P a 左右。完成压榨后，压缩空气从压榨板的人 料口压入滤室，进入风干过程。 此外，B P F 自动压滤机采用了滤板的整体拉开 和合拢技术，可以明显缩短滤板合拢和拉开时间。 提高单位过滤面积的处理能力⋯。由于采用了滤 板整体拉开技术，在滤板拉开后可以通过设计的高 频振动卸饼装置，使得卸饼更为彻底。为强化过滤 介质的再生，B P F 自动压滤机还设计了一套滤布的 清洗系统。 正是由于采用了以上几方面的技术，使得B P F 自动压滤机的作业效率明显高于普通压滤机，其主 机结构如图4 所示。 2 ．2 高效压滤机的大型化研究 为适应大型矿山的难过滤矿物的过滤，高效压 滤机的单机过滤面积必须足够大，而一味地通过增 加单机滤板数量势必会造成滤板的合拢拉开等辅助 时间的延长，从而降低单位时间的处理能力，所 以，只有加大单块滤板的过滤面积，滤板的大型化 是解决压滤机大型化的关键。 由于入料及压榨时滤室中压力最高达1 M P a ， 肝撼测量瞵埚冽重 脯撼矧测崖 万方数据 2 0 0 8 年第4 期刘惠中等大型高效自动压滤机及脱水工艺研究 4 l 图4B P F 自动压滤机主机结构 F i g ．4 M a i n f r a m es t r u c t u r eo fB P Fp r e s s u r ef i l t e r l 一滤板；2 一振动架；卜洗布装置；4 一机架；5 一压紧机构 所以工作过程中滤板承受着巨大的压力。Z Y L D 压 滤机滤板在工业生产中有时会因两面受力不均而造 成滤板碎裂的现象，所以如果简单地加大滤板面 积，碎裂问题将更为突出。为解决这一难题，本项 目主要从滤板的结构设计、滤板的材质及加工工 艺、滤板的密封方式等方面展开研究。 原Z Y L D 自动压滤机的滤板结构设计是一面压 榨腔另一面过滤腔，所以两面的工作性质不一样， 这样一旦出现异常，很容易在两面产生较大的压差 而将滤板剪切损坏，Z Y L D 自动压滤机的使用实践 也证明了这一点。而新型的B P F 自动压滤机彻底 解决了这一问题，将压滤板拆分成了压榨板和过滤 板两种板，每种板采用了双面对称的结构设计⋯。 压榨板，两面都是压榨腔；过滤板，两面都是过滤 室。这样每块滤板两面的工作性质完全一致，甚至 可以联通，就保证了滤板两面的受力一致，明显地 改善了滤板的受力情况。 Z Y L D 压滤机的滤板采用的是铸铁材质，不但 铸铁由于承受不了剪应力易碎裂，而且加工极为复 杂繁琐，滤板加工成本高，针对以上问题，我们开 发了增强聚丙烯材质滤板，采用模具压塑而成，并 对增强聚丙烯过滤板进行了工业应用考察试验，实 践证明，此种滤板可以解决碎裂及加工成本高的问 题，但在生产应用中发现增强聚丙烯材质滤板耐磨 性不及铸铁滤板，风干过程中风蚀磨损现象比较明 显。针对以上实践中出现的问题，我们将金属及聚 丙烯滤板的各自优点结合起来，开发了金属与增强 聚丙烯组合式滤板，滤板骨架及密封面采用金属材 质，滤道采用可方便更换的增强聚丙烯注塑件，这 样既解决了过滤板耐剪应力及耐磨蚀的问题，又简 化了过滤板的加工，由于采用可更换滤道，滤板寿 命也可明显延长，目前已在工业中应用。 随着滤板面积的增大，密封面也相应地变大， 原来Z Y L D 压滤机的滤板密封采用平板式橡胶隔膜 密封，在滤板面积小时相对密封是有效的，但在应 用到大滤板的密封时发现矿浆泄漏几率明显比以往 的小面积滤板大，针对此情况，我们采用了新的密 封结构，开发了新的橡胶隔膜，不再采用平面式密 封设计，而是在滤板密封面处增加类似于迷宫式的 密封设计，工业实践考察证明，新型的滤板密封方 式效果明显。． 正是由于以上几方面的突破，使得大面积滤板 的开发得以顺利进行，针对目前实际需要，设计开 发了单块滤板有效过滤面积为1 ．0 m 2 、1 ．2 m 2 的B P F 1 0 及B P F ．1 2 新型滤板，是原单块滤板有效过 滤面积 0 ．6 4 m 2 的2 ～4 倍。 滤板大型化技术的解决。为高效压滤机的大型 化奠定了基础，目前开发出的单机最大过滤面积可 达6 0 m z 。已在工业中应用的最大面积的压滤机是 B P F - 3 0 型，过滤面积为3 0 m 2 。 2 ．3 高效压滤机自动控制系统及过程控制的优化 研究 高效压滤脱水过程除包括“人料、压榨、风 干”三个主要过程外，还包括压滤机滤板的合拢、 卸料、滤布清洗、滤板拉开等辅助过程，过程比较 复杂，而且相关的设备除了压滤机外还有入料离心 泵、皮带输送机、滤布清洗用水泵、搅拌槽、气体 压缩机和气动阀门等辅助设备，它们与压滤机之间 都需要精确配合联动。所以靠人工去实现这些过程 的控制和设备的联动是几乎不可能的，必须有一个 高效可靠的自动控制系统来实现。 压滤机的控制系统主要完成三方面的功能，一 是压滤机本身的机械动作的精确性控制。二是对周 边辅助设备的联动程序控制。三是对入料、压榨、 风干、卸饼和洗布等主要和辅助脱水过程实现顺序 控制和控制参数的调整、故障监测等。 B P F 自动压滤机的自动控制系统由“程序控 制”、“人机交互”、“逻辑控制电路”、“信号采 集”、“电气信号转换”、“执行机构”及“故障监 测诊断”七大部分组成。控制参数通过人机交互系 统加载到控制程序中，以保证脱水过程按设定的参 数进行顺序控制，控制参数交互界面如图5 所示。 在设备的运转过程中，当“人料浓度”等浆液 条件或过滤的指标要求发生变化时，由操作人员通 过图5 的操作界面及时修正主要控制参数，以保证 压滤脱水指标和作业效率。 目前压滤脱水过程控制参数的设定和修正主要 是由操作人员根据自身的经验和知识来进行的。由 于不同的人经验不同，容易导致压滤脱水作业指标 和效率的波动。而压滤过程主要控制参数的最优值 万方数据 4 2 有色金属 选矿部分 2 0 0 8 年第4 期 图5B P F 自动压滤机控制参数调整界面 F i g ．5 T h eI n t e r f a c ef o ra d j u s t i n gc o n t r o lp a r a m e t e r s o fB P Fp r e s s u r e - f i h e rc o n t r o ls y s t e m 是保持脱水作业高效运行的关键。显然，仅依靠操 作人员的经验是不可能求得这组最优值的。 由于人工神经网络具有模拟人脑思维和自学习 的功能，本项目将人工神经网络模型建模技术应用 到了压滤脱水过程控制的优化研究中，首先建立起 神经网络的仿真模型实现指标的预测，在此基础上 研究了一套“循序寻优”的压滤过程控制参数的寻 优方法。 建模及寻优程序在M A T L A B 软件环境中编制运 行，选用R B F 经向基函数 神经网络进行建模，结 果证明模型仿真值能够很好地逼近实际值，模型的逼 近精度高。通过设计的寻优方法，可以相应得到不同 入料条件下的最优控制参数值。 3工业应用 B P F 自动压滤机的压滤脱水系统如图6 所示， 系统主要由料浆浓缩设备 可选 、人料设备、压 滤机、滤饼输送及压缩空气制备设备等组成。料 浆先经浓密机浓缩，然后进入搅拌槽，再由离心 泵泵人压滤机进行过滤脱水，脱水完成后，拉开 滤板，启动皮带输送机将滤饼送往精矿仓，拉开 完毕后，振动卸饼机构自动启动卸下残留滤渣， 随后根据控制系统的设定进行洗布或直接进入下一 个压滤周期。 目前已有B P F 一8 、B P F 一1 6 、B P F 一2 2 、B P F 一2 6 、B P 卜3 0 自动压滤机在选矿厂的脱水过滤中 得到成功的应用。 内蒙古某铜矿处理原矿3 0 0 0 t ／d ，磨矿细度为 一7 4 斗m 占8 5 ％以上，E l 产铜精矿2 0 0 ～3 0 0 t ，原采 用的是三台外滤式真空过滤机对精矿进行过滤。为 提高脱水效率，该矿于2 0 0 5 年采用了l 台B P F 一 3 0 自动压滤机用于替代一台真空过滤机。改造后 滤饼水分由原来真空过滤机的1 5 ．0 ％降低到8 ．0 ％左 右，单位过滤面积处理能力达到3 5 0 - - 4 5 0k m 2 h 。 ．k √ 戡气刹 气压机．d 、 。口 。。。⋯．盛 。 气徘钾。 水泵 ．／ 广＼ 孓 o6 oo 卜 ～ ≤ ≥ j | B P F 目水 弋 蝎 搅拌槽l 6 ／ f 1 币／一入料泵I 液下泵 面⋯”k l 聃卜⋯．、 一幽 旧～ 图6B P F 自动压滤机脱水系统 F i g ．6 T h ed e w a t e r i n gs y s t e mo fB P Fp r e s s u r ef i l t e r 4 结论 围绕我国大型矿山和难过滤矿物的脱水难题而 展开的大型高效压滤机及脱水工艺的研究，通过对 高效脱水工艺的研究、滤板的大型化研究、压滤自 动控制系统的研究及压滤过程控制参数优化的研 究，成功开发出了一套高效的压滤脱水工艺系统和 B P F 自动压滤机，并在工业中得到了成功的应用， 压滤滤饼水分达到8 ．0 ％左右，单位面积处理能力 可达3 5 0 ～4 5 0 k g ／m 2 h ，指标及作业效率明显高于真 空过滤及普通压滤机，为解决我国大型矿山难过滤 矿物的脱水找到了一条有效可行之路。 参考文献 [ 1 ] 丁启圣，王维一．新型实用过滤技术[ M ] ．北京冶金工业 出版社，2 0 0 0 ，1 2 0 1 2 6 ． [ 2 ] 罗茜，余仁焕，徐继润．固液分离[ M ] ．北京冶金工业出版 社。1 9 9 6 ，1 2 0 - - 1 2 6 ． 【3 ] H e e r t j e sP M ，H ．v ．d ．I 啪s ．S t u d i e si nf i l t r a t i o n [ J ] ． R e c ．T r a y ．C h i m ，1 9 4 9 ，6 8 3 6 1 3 8 3 ． [ 4 ] 姜立新，毛星蕴，赵松年，等．液力压榨脱水与压榨脱水 的效率分析[ J ] ．金属矿山， 0 0 2 ，1 0 ，4 4 4 7 ． 【5 ] C a r l e t o nA J ，S a l w a yA 0 ．D e w a t e r i n go fc a k e s ．F i l t r a t i o n S p e c i a l1 8 8 u e ，2 0 0 4 li 2 1 1 8 ． [ 6 ] 刘惠中，王青芬．B P F 自动厣滤机的研制[ J ] ，有色金属 选矿部分，2 0 0 3 ， 6 3 0 3 5 ． [ 7 ] 北京矿冶研究总院．一种连续压滤机用压榨滤板部件 [ P ] ．中国专利2 0 0 4 2 0 11 5 6 5 6 ．X ．2 0 0 5 11 1 6 ． 下转第2 7 页 万方数据 2 0 0 8 年第4 期李俊等凤凰山铜矿充填尾砂再选的研究与应用 2 7 生产系统进行分离，尾矿用泵直接输入大选厂尾砂 管道中，进入相思谷尾矿库。 3系统的生产 整个系统于2 0 0 4 年8 月安装调试成功。2 0 0 4 年9 1 1 月进行了3 个月的实际运转，总计生产含 铁6 4 ．2 ％的铁精矿1 8 8 0 t ，含铜4 ．5 ％的铜硫混合精 矿1 4 0 t ，工业产值1 3 0 多万元。按此处理能力，全 年可生产铁精矿6 9 0 0 t ，混合精矿折合铜量2 3 t ，实 现工业总产值4 6 0 万元。露采区可回收尾砂累计约 3 0 万m 3 计5 7 万t ，可供该选矿厂生产7 年以上， 工业总产值达3 2 2 0 万元，经济效益十分明显。 4 结语 1 完善了凤凰山铜矿原脱泥系统，改善了运 提系统的条件，保证了生产环节的畅通，解决了泥 砂对选矿指标的影响。 2 实现了资源的综合回收，保护生态环境， 消除安全隐患，体现了走清洁生产之路的良好经济 和社会效益。 3 为今后对风凰山铜矿林冲库老尾砂的再选，确 保资源枯竭矿山可持续发展，提供了实质性的依据。 参考文献 [ 1 ] 胡为柏．浮选[ M ] ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 3 ． [ 2 ] 刘树贻．磁电选矿学[ M ] ．长沙中南工业大学出版社， 1 9 9 4 ． [ 3 ] 邵伟华。杨波．某铜铁矿选矿厂铁精矿降硫试验研究[ J ] ． 有色金属选矿部分，2 0 0 5 ， 4 2 7 2 9 ． S T U D YA N DA P P L I C A T I o NO ND R E S So FF I L L I N GT A I L I N G SA T F E N G H U A N S H A NC O P P E RM I N E L IJ u n ，S H E N GZ h o n g y i ，G U IX u n g u o T o n g l i n gN o n f e r r o u sM e t a l sG r o u pH o M i n gC o ．，L t d ．，T o n g l i n gA n h u i2 4 4 0 0 0 ，C h i n a A B S T R A C T C o n t e n to fm a g n e t i t ea m o u n t si s8 ％～1 0 ％i nf i l l i n gt a i l i n g so fF e n gh u a n gs h a nC o p p e rM i n ed u r i n g o p e n - p i tm i n i n g ，a ts a m et i m e ，t a i l i n g sc o n t a i n s al i t t l ec o p p e r ，s u l p h u r ．E c o n o m i cb e n e f i to fc o m p r e h e n s i v e r e c o v e r yi sr e m a r k a b l ea c c o r d i n gt o t e s ta n dr e s e a r c h ． K e yw o r d s f i l l i n gt a i l i n g s ；m a g n e t i t e ；c o p p e rm i n e r a l s ；c o m p r e h e n s i v er e c o v e r y 、 ‘、 ．气吨／斗 ．，孓 ／孓 ／ ／≯ ，} { ，i 迂，i 吨7 } 迂7 } 迂，≯{ ，i 吨／i 吨／i 呵i 哪Ⅻ斗 ．，；迂／i 吨／i 过／；唧i 吨／i W ；吨／i 吨／迂／甜i 、 ，i 哪- W M 守 上接第4 2 页 T H ER E S E A R C Ho FL A R G E S C A L EH I G H L YE F F I C I E TP R E S S U R EF I L T E RA D N D E W A T E R I N GT E C H N I C H 姗H u i z h o n 9 1 一，W 么ⅣGQ i n g f e n z I ．U n i v e r s i t yo fs 庇n c e T e c h n o l o g yB e i j i n g ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g M e t a l l u r g y ，B e 彬n g10 0 0 4 4 ，C h i n a A B S T R A C T T or e s o l v et h e d e w a t e r i n gp r o b l e m o f d i f f i c u l t - f i l t e r i n gm i n e r a l ，t h eh i g h l y - e f f i c i e n td e w a t e r i n g t e c h n i c s ，p r e s s u r e f i l t e r p l a t ee n l a r g i n gt e c h n i c s ，a u t o m a t i c - c o n t r o ls y s t e m o fp r e s s u r e f i l t e r i n g a n dt h e o p t i m i z a t i o no fd e w a t e r i n gp r o c e s sw e r er e s e a r c h e d ．A n db yt h e s er e s e a r c h e s ，t h el a r g e - s c a l ea n dh i g h l y - e f f i c i e n tB P Fa u t o m a t i c p r e s s u r ef i l t e r a n da s s o c i a t e d d e w a t e r i n gs y s t e m w e r ed e v e l o p e d ．T h em o i s t u r eo f f i l t e r i n g c a k eb yt h eB P Fo p e r a t i n gi n d e w a t e r i n gc o n c e n t r a t ei s a b o u t8 ．0 ％．w h i c hi sl o w e rt h a nt h e v a c u u mf i l t e ro f1 5 ．O ％．P r o c e s s i n gc a p a c i t yo fB P Fi s3 0 0 4 5 0k g ／m 2 ‘h ．s i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a no r d i n a r y f r a m ep r e s s u r ef i l t e r ． K e yw o r d s p r e s s u r ef i l t e r ；d e w a t e r i n g ；e n l a r g i n gt e c h n i c so fp r e s s u r ef i l t e rp l a t e ；n e u r a ln e t w o r k s ； o p t i m i z a t i o no fp r e s s u r e - f i l t e r i n gp r o c e s s 万方数据