国外某铀水冶厂厢式隔膜压滤机进料速度影响因素分析张兆光;陈泽【摘要】文章结合国外某铀水冶厂厢式隔膜压滤机的试车情况,从矿浆进料压力、矿浆中固体颗粒粒度组成、进料浓度等对压滤机进料速度的影响进行了总结分析.提出了铀水冶厂隔膜压滤机进料过程中应注意的相关问题,为今后该类设备的设计提供了参考.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2018(027)0z2【总页数】4页(P204-206,209)【关键词】厢式隔膜压滤机;矿浆过滤;进料速度【作者】张兆光;陈泽【作者单位】中核第四研究设计工程有限公司 ,河北石家庄050021;中核第四研究设计工程有限公司 ,河北石家庄050021【正文语种】中文【中图分类】TD958厢式隔膜压滤机(以下简称：压滤机)为常见的固液分离设备，是通过对普通厢式压滤机滤室改造、增加隔膜板的基础上发展而来的，其滤板由隔膜板和厢式板组成。
该设备广泛应用在选矿、有色金属冶炼、高炉除尘、石油精炼、化肥工业、医药及食品工业、环保废水处理、烟气脱硫、海水淡化等行业。
在铀水冶厂，当采用以搅拌浸出主生产工艺时，厢式隔膜压滤机常用于浸出后矿浆的固液分离，是铀矿冶行业的关键设备之一。
在铀水冶厂的实际生产过程中，易出现由于矿性差异，造成压滤机在生产过程中的工作效率不理想、无法达到预定的设计指标的问题，因此需要在试车阶段对压滤机操作参数等进行优化，以满足生产要求。
本文则结合国外某铀水冶厂厢式隔膜压滤机试车情况，针对压滤机进料过程的主要影响因素进行总结分析。
1 压滤机进料速度的影响因素压滤机进料速度的主要影响因素有进料压力、进料浓度、粒度组成、矿浆性质、滤布性能等，其进料速度可由康采尼(Kozeny)方程[1](式(1))表示。
(1)式中：u为过滤速度；Δpc为过滤压力降；ε为孔隙率；μ为滤液黏度；a为颗粒比表面积；L为滤饼厚度。
根据康采尼(Kozeny)方程(式(1))可看出：矿浆的过滤速度同过滤压力成正比，与矿浆的黏度成反比，与颗粒比表面积a的平方成反比；而颗粒比表面积a与颗粒有关，颗粒粒度越细，比表面积越大。
因此在实际生产过程中，在压滤机滤布型号以及矿浆性质不变(黏度、温度等)情况下，进料速度的影响因素主要有进料压力、矿浆粒度组成及矿浆浓度。
根据上述进料速度的影响因素，并结合某铀水冶厂压滤机试车情况，着重从矿浆进料压力、矿浆粒度组成以及矿浆浓度对进料速度的影响进行总结分析。
2 关键影响因素分析2.1 主要设备规格和矿浆性质该铀水冶厂压滤机及进料泵的规格及进料矿浆的主要特性如下。
1) 主要设备规格。
厢式隔膜压滤机：型号XAZGF800/2000-U，其中滤板外形尺寸为2.0 m×2.0 m；过滤面积为800 m2；滤室数量为112个；滤室容积为16m3。
矿浆进料渣浆泵：型号80ZJ-I-A52，其中，流量Q=182 m3/h，扬程H=105.5 m；电机采用变频控制，变化范围0 ～50 Hz。
2) 进料矿浆性质。
矿浆为含碳酸钠和碳酸氢钠的碱性矿浆，矿浆质量浓度40%～50%，矿浆温度55～60 ℃。
2.2 矿浆进料压力压滤机进料压力一般情况下由进料泵提供，压力高低不仅影响到压滤机的工况，而且间接影响到滤饼与滤布的分离效果。
一般情况下，矿浆进料压力升高的过程可分为两个阶段。
1) 第一阶段以向压滤机内充填物料为主，脱水为辅。
第一阶段以向压滤机内充填物料为主，形成一定厚度滤层。
生产中，该阶段的进料压力一般控制在0.2 MPa以下，主要有以下优点：①滤板不易变形损坏；②一方面保证滤板的密封性，另一方面保证滤板不泄露或降低泄露的几率；③降低强压下矿浆中粗细粒度分离的现象，减少或排除贴近滤布的细泥密集层，有利于形成过滤层。
2) 形成一定厚度滤层后，第二阶段以滤饼脱水为主，充填为辅。
第二阶段以滤饼脱水为主，进料压力一般控制在0.6 MPa以下，通常情况下该压力(0.6 MPa)也是压滤机设备自身所允许的最高进料压力。
在该阶段进料过程中，随着压力逐渐增大，滤饼孔隙率逐渐变小，其饱和度逐渐降低；当滤饼饱和度接近剩余饱和度时，滤饼水分不再降低，通过分析滤饼的显微结构可知[2]，此时颗粒成“拱桥”结构，这种结构包含的水分很难用常规进料泵所提供的流体静压力排出，若继续提高过滤压力，容易造成隔膜板变形受损等。
在生产中，合理掌握上述两个阶段的矿浆进料压力，可有利于提高压滤机的工作效率。
在该工程的试车过程中，操作人员通过控制室内的PLC控制系统，调节压滤机进料泵的变频器，从而实现对压滤机进料压力的控制和调节，调节控制过程的参数如下所述。
1) 在进料初期(进料时间在10 min左右)，滤饼较薄，阻力较小，常采用较小的电机频率，进料压力一般控制在0.1～0.2 MPa。
进料泵电机频率与进料时间关系曲线见图1，所对应的压滤机进料压力随时间变化的关系曲线见图2。
图1 进料泵电机频率与进料时间关系曲线图图2 压滤机进料压力随时间变化曲线图2) 根据压滤机进料口处压力和流量变化，逐步加大变频器输入泵电机的频率。
压滤机进料设计压力≤0.6 MPa，因此压滤机进口压力一般控制在0.6 MPa以下，避免压力过大而损坏滤板。
3) 当进料压力达到0.6 MPa时，保压～5 min后打开矿浆回流阀并关闭压滤机进料阀，完成进料，整个进料过程一般控制在30 min左右。
根据压滤机试车可总结出：在压滤机进料过程中采用变频器调节压滤机进料泵，合理控制进料压力，既节能又避免在超压时对压滤机滤板造成损坏，一定程度上延长了滤板的使用寿命。
2.3 进料粒度组成康采尼(Kozeny)方程(式(1))表明：进料速度与颗粒比表面积a的平方成反比。
矿浆的粒度组成对过滤速度的影响主要取决于其中细粒级物料含量，其含量越高，物料比表面积a越大，过滤速度越低。
在实际生产过程中，通过样品分析结果表明[2]：矿浆中<0.074 mm粒级物料对过滤速度影响最为明显，而粗粒级物料含量虽然有利于过滤速度的提高，但一般只有0.28～0.074 mm粒级物料占80%左右时，压滤机成饼较为理想，如果粒度>0.9 mm粒级物料含量较高，压滤机往往会出现过滤前期滤液浊度高的现象。
对铀矿石浸出工艺中，在保证矿石浸出率的前提下可对矿浆粒级组成做适当调整，通过降低细粒级含量，减少颗粒比表面积，提高进料速度。
该水冶厂第二阶段试车过程中对浸出矿浆的粒级分布做了调整，其中-0.20 mm由≥97%降低至90%±2%，-0.074 mm由≥65%降低至55%±5%。
在试车生产中，一方面通过浸出试验验证了矿浆粒度变粗后对矿石的浸出率几乎没有影响，浸出率满足工业生产的要求；另一方面也证明矿浆中细粒级含量减小时可提高压滤机的进料速度，主要体现在进料周期由45～50 min缩减到30 min，达到了预期的设计要求。
文献[3]中提出合理优化进料矿浆的固体颗粒粒度，可有效提高矿浆进料速度，提高滤饼的成冰速度和厚度，提高压滤机的处理能力。
因此在实际生产过程中，需根据矿石的浸出性能、过滤性能以及滤布的适用范围确定矿浆粒级组成，通过试验验证后再工业化实施或调整。
2.4 进料浓度理论上矿浆浓度越高，其固相物含量就越高，相对于浓度较低的矿浆其滤饼形成速度较快。
当入料矿浆浓度低时，细小颗粒极易直接进入滤布孔眼中，穿过、堵塞或覆盖在上面，使过滤介质孔眼很快被堵塞。
若提高矿浆浓度，将有更多的颗粒接近或达到过滤介质的孔眼，由于颗粒间的相互干扰，绝大部分颗粒不能进入孔眼而在上面形成拱架桥，使滤孔不被严重堵塞，并逐渐形成滤饼。
表1为该水冶厂第一、第二阶段压滤机试车过程的单次过滤参数。
由表1可以看出：矿浆进料浓度由42.5%提高至50%，单台每批次进料矿浆的总体积只减小约1.5%，而过滤时间缩短约33%，滤饼重量提高约23%，浓矿浆比稀矿浆滤饼形成速度提高约83%，矿浆过滤速度提高约47.6%。
表1 压滤机两次试车过滤参数试车次序进料浓度/%进料体积/m3进料时间/h滤饼干重/t滤饼形成速度/(kg/m2·h)矿浆过滤速度/(m3/m2·h)第一阶段42.525.20.7514.42433.6第二阶段5024.80.517.744449.6水冶厂在第二次试车中矿浆浓度基本控制50%，滤饼成型较好，易脱落，滤饼厚度平均在～4 cm，达到了预期设计要求。
虽然提高矿浆进料浓度可提高压滤机过滤速率，但不能无限制、任意浓度的提高。
在某工程中，采用15 m2压滤机开展了不同进料浓度下废泥矿浆的过滤试验[4]。
根据过滤试验，得到过滤速度(以干滤饼重量计)与进料浓度的关系，详见表2和图3。
从图3可以看出：当矿浆进料浓度从6%提高到15%，压滤机过滤速度提高约80%，当矿浆进料浓度超过15%，过滤速度反而下降。
由此可见，根据物料的特性，在一定范围内提高进料矿浆的浓度有利于提高过滤速度，但矿浆浓度不宜过高，若过高不仅不利于过滤速度的提高，而且还会影响矿浆流动性、阻塞管道或压滤机的进料口。
因此，在一定浓度范围内可通过提高矿浆浓度提高进料速度，但最适宜、最佳的进料浓度(或范围)需针对固体粒度、矿浆性质等方面开展试验来确定。
表2 进料浓度对过滤速度的影响序号进料浓度/%过滤速度/(kg干滤饼/m2·h)16.72.75210.375.23311.866413.066.37514.017.75614.819.61717.128. 97图3 废泥浆过滤速率与进料含固量关系3 结语综上所述，矿浆进料压力、粒度组成，以及矿浆浓度对压滤机进料速度有着密切联系。
因此，建议在今后铀水冶厂压滤机进料的过程中，针对特定的物料合理调节进料压力、在保证工艺指标技术要求的前提下优化矿浆粒度组成以及适当调整矿浆浓度，提高压滤机的进料速度，保证压滤机的生产能力。
另外，在生产过程中一方面要严格控制与压滤机进料相关的工艺参数；另一方面要加强压滤机的日常检查与保养，保障设备作业率，延长设备使用寿命。
参考文献【相关文献】[1] 夏清，陈长贵，姚玉英.化工原理[M].天津：天津大学出版社，2005.[2] 刘晓峰，李莉，杨春丽.在燃料乙醇生产中影响压滤机运行效果的主要因素探讨[J].酿酒，2009，36(2)：74-76.[3] 房传信，赵正俊.提高加压过滤机处理能力的技改实践[J].选煤技术，2010(4)：39-40.[4] 金祥崎.论提高压滤机的生产能力和过滤参数的选定[J].化学工程，1983(1):62-66.。