薛國元,熊以俊,黃仁如,歐忠北
(贛州逸豪優(yōu)美科實業(yè)有限公司,江西 贛州 341000)
草酸鈷是制備鈷粉或者氧化鈷的主要原料,采用液相沉淀法制取[1-4]。制備過程需采用固液分離設備將所需草酸鈷(固相)脫水及洗滌,產出的液相需進一步處理。草酸鈷生產中固液分離設備選型主要考察草酸鈷(固相)水分含量、氯離子含量、回收率等指標。草酸鈷生產中固液分離目前采用水平真空帶式過濾機,雖然解決了早期廂式壓濾機[5-6]難以連續(xù)運行和人工工作量大等問題,但也存在很多缺陷。陳建和[7]指出,水平真空帶式過濾機過濾靠真空推動,推動力小,濾餅含水量過高。實踐生產也存在:固相水分含量高(40%以上)、草酸鈷收率低、現場操作環(huán)境差、洗滌耗水量大、過濾段與洗滌段容易竄料、生產效率低等問題。
由于水平真空帶式過濾機的缺點,選擇新型的固液分離設備用于草酸鈷的生產,勢在必行。某公司經過充分的市場調研和綜合技術論證,確定使用立式加壓壓榨過濾機進行草酸鈷的固液分離。試驗表明,立式加壓壓榨過濾機完全可以替代水平真空帶式過濾機,是一種高效、節(jié)能、自動化程度高的固液分離設備。
立式加壓壓榨過濾機20世紀60年代出現于蘇聯,20世紀70年代芬蘭、美國等國家也相繼制造該種過濾機。自芬蘭生產出第一臺PF型壓濾機以來,技術發(fā)展較快,經過不斷完善和改進,壓濾機的整體技術水平有了很大的提高。立式加壓壓榨過濾機[8-11]整機為立式結構,自動化程度高、使用壽命長;適合物料裝袋壓榨,也適合對廂式壓濾機的固相進一步脫水。這種過濾設備廣泛應用于沸石、黃金、鈾礦、蔗糖、鈦白粉、鎢產品、堿渣、廢酸中和渣等產品的過濾 [12-19]。
立式加壓壓榨過濾機的設備結構布置如圖1所示,其工作原理如圖2所示。
立式加壓壓榨過濾機是濾布行走壓濾機中最優(yōu)秀的機型,采用立式結構,壓濾過程微機程序化控制,其過濾性能和分離性能較好,能過濾分離多種固液混合漿料。與水平真空帶式過濾機相比,具有以下特點與優(yōu)勢:1)自動化程度高、生產能力大。采用觸摸屏+PLC控制系統,每步工序均通過控制系統實現全自動運行。同時主機工序循環(huán)時間短,進料出料時間間隔短,單位時間內循環(huán)次數多,單位面積產能大。2)過濾速度快。過濾壓力達1MPa,提高了過濾速度,對各種黏細物料及要求固相含水量低的場合效果尤為顯著。3)脫水效果好。隔膜擠壓時可達到高達1.6MPa的擠壓壓力,其次在風干工序0.8MPa的高壓風穿透物料進一步對物料進行脫水,這些措施有效降低了固相含水量。4) 洗滌效率高。濾板水平放置,每個濾室單獨的入料口、洗滌口保證了濾室內形成的固相厚度均勻,從而實現了對固相的充分洗滌,更少的洗水量即可達到相應的洗滌效果。5)濾布使用周期長。配備有自動清洗裝置,在高達1.2MPa壓力下通過數量不等的噴嘴對濾布上下兩面進行實時清洗,使濾布再生,提高了濾布使用壽命。6)節(jié)能環(huán)保?;緦崿F了過濾洗滌過程的全封閉作業(yè),物料揮發(fā)量少,工作環(huán)境良好,設備占地面積小,便于回收廢氣;冷水洗滌效果好,無需加熱洗滌水,洗水量減少30%以上,同時降低了洗滌廢水的處理成本。
圖1 立式加壓壓榨過濾機設備結構布置圖Fig.1 the structural layout of vertical pressurized filter
圖2 立式加壓壓榨過濾機工作原理示意圖Fig.2 the schematic diagram of working principle of vertical pressurized filter
根據2m2的加壓壓榨過濾模擬機取得的相關數據,確定投入某型號立式加壓壓榨過濾機應用于草酸鈷車間的生產線上,其有效過濾面積40 m2,處理能力約 60~80kg·m-2·h-1,該設備的主要參數見表1。
表1 立式加壓壓榨過濾機的主要參數Tab.1 the main parameters of vertical pressurized filter
工業(yè)級試驗歷經設備安裝、生產調試、穩(wěn)定運行3個階段。經過設備安裝、調試,在具備基本開機條件后,進行投料試驗。確定試驗工藝流程為:壓濾→風干→洗滌→風干→洗滌→風干→擠壓→風干→卸料→取樣化驗。
根據前期模擬機試驗結果,在工業(yè)級試驗中初步確定以下參數:洗水溫度為40℃,固相厚度為 30mm,洗水量為 20m3·t-1,壓榨壓力 1.4 MPa。現對其中某個工藝參數進行調整,研究該參數對干基氯離子含量、固相含水量等相關因素的影響,確定最優(yōu)的工藝參數。
2.2.1 洗水溫度對干基氯離子含量的影響
從圖3可知,對立式加壓壓榨過濾機而言,洗水溫度基本不影響干基氯離子含量,這與傳統設備需要較高的洗水溫度才可保證干基氯離子含量小于0.01%不同。
2.2.2 洗水量對干基氯離子含量的影響
從圖4可知,固相中干基氯離子含量隨洗水量增加而降低。但過大的洗水量浪費資源,還增加操作時間,因此應在滿足客戶要求的前提下,選擇較小的洗水量。洗水量一般選擇20~25m3·t-1。
2.2.3 固相厚度對干基氯離子含量的影響
從圖5可知,干基氯離子含量隨固相厚度增加而增加,因此當客戶要求干基氯離子含量小于0.01%時,固相厚度不宜超過30mm。當固相厚度超過30mm后,如果增加洗水量及洗水時間,也能降低干基氯離子含量,但會增加生產成本;綜合考慮,固相厚度25~30mm比較合適。
圖3 干基氯離子含量與洗水溫度的關系Fig.3 The correlation between Cl-content on dry basis and washing temperature
圖4 干基氯離子含量與洗水量的關系Fig.4 The correlation between Cl-content on dry basis and unit washing water volume
圖5 干基氯離子含量與固相厚度的關系Fig.5 The correlation between Cl-content on dry basis and thickness of solid phase
2.2.4 壓榨壓力對固相含水量的影響
從圖6可知,固相含水量隨壓榨壓力的增大而減小,但當壓榨壓力超過1.2MPa時,固相含水量變化幅度較小,同時考慮到設備的極限壓榨壓力為1.6MPa,因此壓榨壓力選擇為1.2MPa。
圖6 固相水含量與壓榨壓力的關系Fig.6 The correlation between water content of solid phase and press pressure
2.2.5 優(yōu)化試驗及結果分析
通過上述試驗,將工藝條件設定為:洗水溫度為室溫,洗水量為20~25m3·t-1,固相厚度為25~30mm,壓榨壓力1.2MPa,采用立式加壓壓榨過濾機對草酸鈷料漿進行過濾,工業(yè)化測試數據見表2。從表2可知,干基氯離子含量均小于0.01%,達到了公司標準,滿足了客戶要求。
表2 草酸鈷工業(yè)化試驗典型數據Tab.2 the typical data of cobalt oxalate industrial test
經過較長時間的運行觀察,立式加壓壓榨過濾機在草酸鈷生產中表現出電耗低、產能大、金屬回收率高、環(huán)保效益好等特點,詳見表3。
1)立式加壓壓榨過濾機應用在草酸鈷的生產中具有明顯的優(yōu)勢。該設備過濾洗滌效果好、生產效率高、過濾成本低、物料質量有保障,另外實現了整機的全自動操作,大幅度節(jié)約了人力使用成本。
2) 較優(yōu)的工藝參數為:洗水溫度為室溫、洗水量 20~25m3·t-1、壓榨壓力 1.2MPa、固相厚度25~30mm。
表3 工業(yè)生產分析Tab.3 industrial production analysis
3)隨著目前工業(yè)生產中環(huán)保形勢的日益嚴峻,立式加壓壓榨過濾機作為一種節(jié)能降耗效果明顯的固液分離設備,是替換老舊過濾設備較為理想的選擇。