王新昌，解華華，宋 虎

1中信重工機械股份有限公司 河南洛陽 471039

2洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

3礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

立 盤真空過濾機是金屬選礦廠精礦過濾應用較多的脫水設備之一，易于實現(xiàn)大型化，已經廣泛應用于國內外選礦廠，尤其是鐵礦石選廠，大部分都采用了立盤真空過濾機[1]。由于鐵精礦含水率偏高，運輸極其困難，導致生產和運輸成本增加[2]。隨著礦物粒度越來越細，選礦產品的過濾變得日益困難，因此不斷適應越來越細的物料過濾是國內外選礦廠的一項重要任務。傳統(tǒng)礦用立盤真空過濾機無法滿足細粒物料過濾的生產要求，且無法有效降低鐵精礦的含水率，亟需在傳統(tǒng)礦用立盤過濾機基礎上研究開發(fā)出一種能夠處理細粒物料的新型礦用過濾機。

1 研發(fā)的必要性

1.1 市場需求

首鋼京唐公司選礦作業(yè)區(qū)主要處理高硫磁鐵礦，向球團作業(yè)區(qū)供應鐵精粉。球團礦量需求達到 1 200萬 t，對造球所需的細鐵精粉需求量較大。目前細鐵精粉總體資源種類較少，受市場價格波動影響較大。國內外市場上燒結用礦粉資源供應量多，價格也相對低廉，將燒結用礦粉用于球團造球，不僅能彌補現(xiàn)有

造球用細鐵精粉的缺口，而且能降低生產成本。然而燒結粉粒度較粗、品位低、成球性差，需要細磨后配加以優(yōu)化成球性能，才能滿足造球要求。對此，首鋼京唐公司進行了 4 種燒結用礦粉的細磨造球試驗，細磨的巴西燒結礦在 30% 配比以下，球團焙燒和焙燒球抗壓強度能滿足生產要求。根據(jù)京唐公司球團作業(yè)區(qū)需求及選礦作業(yè)區(qū)現(xiàn)狀，初步確定改造后選礦作業(yè)區(qū)生產含水率不高于 10% 的巴西燒結礦細粉100 萬 t/a。鑒于對含水率和處理細粒物料的要求，首鋼礦業(yè)公司鐵精礦過濾車間最終選用兩套針對性研發(fā)的 GPYK160-8 新型礦用過濾機系統(tǒng)。設備設計要求：給礦質量分數(shù)不低于 55%；給礦粒度小于 45 μm占比不低于 80%，小于 13 μm 占比不高于 20%；濾餅產能不低于 0.35 t/(m2·h) (干基)，濾餅含水率低于10%。

1.2 物料粒度和脫水特性研究

為保證所研發(fā)設備的有效性，首先對用戶提供的物料進行粒度分析，結果如表 1 所列。

表1 鐵精礦物料激光粒度分析結果Tab.1 Laser particle size analysis results of iron concentrate

由表 1 可知，鐵精礦產品粒度組成中，顆粒小于45 μm 占比 87.2%，小于 13 μm 占比 3.94%。物料粒度較細，這是制約過濾機產能的關鍵，因此所開發(fā)的過濾機必須適應這種細粒物料。

選取新型專用濾布，在不同條件下進行脫水試驗，結果如表 2 所列。從試驗結果可知，該物料具有一定的過濾性能，容易脫餅，并且濾餅較厚、含水率較低，產能較穩(wěn)定。采用帶有框架層的刮刀卸料和高壓風反吹的綜合卸料方式，濾餅含水率為 8.63%～ 9.73%，同時濾餅的單位平均產能為 0.35～ 0.47 t/(m2·h)。

表2 脫水試驗結果Tab.2 Results of dewatering test

2 新型礦用過濾機的開發(fā)

2.1 工作原理

新型礦用過濾機運轉時，借助真空泵的抽氣作用形成負壓，在吸液區(qū)鐵礦料漿被吸向濾布，固體顆粒在濾布上形成濾餅，濾液經過中心軸流道，由氣水分離器排出。當扇形板離開料漿液面進入吸干區(qū)時，繼續(xù)與真空相連使濾餅含水率持續(xù)降低[3]。當扇形板進入卸料區(qū)時，通過刮刀把一部分濾餅刮落，帶料很薄時通過濾布再生形成新的濾餅。真空泵對濾餅的形成和濾液的排放有重要影響，抽氣量的大小、真空度的高低直接影響過濾機性能。受現(xiàn)場條件的限制，濾液系統(tǒng)無法采用自排方式，而采用濾液泵強制排放。將氣水分離器與濾液泵相連，在氣水分離器上安裝液位計，通過濾液泵的抽吸作用達到強制排液目的。通過對真空泵、濾液泵的合理搭配，確定了最佳的配氣比，為過濾機的設計提供了依據(jù)。

2.2 新型礦用過濾機的研發(fā)

新型礦用過濾機是在傳統(tǒng)礦用立盤過濾機[4-5]的基礎上，結合多項獨創(chuàng)的過濾技術，專門針對精礦脫水開發(fā)的，可以處理細顆粒物料。其主要由傳動裝置、扇形板裝置、中心軸、槽體、分配頭、吹風裝置和卸料裝置等部分組成，如圖 1 所示。

圖1 新型礦用過濾機的結構示意Fig.1 Structural sketch of new-type mine-used filter

2.2.1 礦漿進料方式

礦漿顆粒的粗細是影響過濾效果的重要因素之一[6]。顆粒越細，越難過濾，濾餅越薄，不僅增加濾餅含水率，導致脫餅困難，過濾機產能下降，而且隨著礦漿黏度的增大，還會堵塞濾布，很難過濾。

礦漿由多種粒度的物料構成，成分復雜，根據(jù)鐵精礦的分層過濾試驗，相對于傳統(tǒng)的過濾方式，在同樣的過濾條件下，分層過濾能夠提高設備產能，降低濾餅含水率，因而新型礦用過濾機采用分層過濾方式過濾。分層過濾主要通過料漿的粗細顆粒分區(qū)進料來實現(xiàn)。粗細顆粒分區(qū)進料主要采用 3 處進料相結合的方式，如圖 2 所示。

圖2 粗細顆粒分區(qū)進料示意Fig.2 Sketch of partition feeding of coarse and fine particles

在料漿進入過濾機前，為使物料的粗細顆粒分級，粗顆粒從過濾機的側部即卸料側給入，扇形板表面首先由粗顆粒構成濾餅的框架層，待扇形板轉至另一側，細粒級的物料附著在框架層上，使濾布不易被堵塞，濾餅吸附得更厚。采用粗細顆粒分區(qū)進料，能夠降低物料的快速沉淀對過濾產生的不良影響，提高設備產能且降低濾餅含水率。

槽體采用下部單槽上部貫通的結構，可使槽體內的料漿液位保持一致，有效地改善過濾性能。將進料分為 3 部分：一是從底部進料，主要進粗細混合料；二是從卸料側的上部進粗顆粒物料；三是從踏板側上部進細顆粒物料。底部進料的目的是為了將槽體內沉淀的鐵粉沖起，增強過濾機的攪拌性能，所以底部進料需要具有很高的進料壓力；側部進料的目的是為了增加槽體上部料漿的質量分數(shù)，由于側部進料的方向和濾餅的形成方向一致，因此有利于形成濾餅。由于進料量少或者料漿不穩(wěn)定時，槽體內液位明顯降低，導致扇形板不能被完全浸沒，降低了真空度。采用側部進料可以使扇形板表面吸附的料漿均勻，維持較高的真空度，有效降低濾餅的含水率。

2.2.2 新型卸料方式

傳統(tǒng)立盤真空過濾機主要通過吹風卸料，當扇形板上的濾餅形成一定厚度需要脫餅時，使真空區(qū)外接壓縮空氣卸料，空氣的進入使負壓變?yōu)槌?，從而對物料進行振動松脫，形成卸料。鐵精礦顆粒細，物料黏性大，需要大量高壓風，能耗較高，采用吹風卸料效率低，產能降低，需要更為有效的卸料方式。

分層過濾的濾餅框架層是粗顆粒，框架層表層是細顆粒，因此脫餅時首先通過刮刀把表面的細顆粒濾餅刮落，框架層濾餅作為毛細孔介質進入漿液繼續(xù)吸附礦漿，進行循環(huán)運轉，直至框架層毛細孔被堵塞，帶料很薄時，通過濾餅再生，形成新的框架層濾餅。采用刮刀卸料，濾布在運行一段時間后會出現(xiàn)堵塞情況，一組濾盤上的扇形板連續(xù)重生會導致液位大幅下降，影響過濾機的正常運轉，因此設計了刮刀卸料和高壓風間隔反吹綜合卸料相結合的方式。高壓風間隔反吹系統(tǒng)采用電磁閥加接近開關控制，主軸設置有觸點，每次接近開關接觸到觸點即輸出一個接近開關信號。接近開關第一個信號控制電磁閥第一次打開，然后中間間隔 N 個信號控制電磁閥第二次打開，依次執(zhí)行，直至每塊扇形板上的濾餅均被吹落。根據(jù)實際情況設定間隔參數(shù)，調整吹風切換，實現(xiàn)濾布重生。傳統(tǒng)礦用立盤過濾機真空泵的配氣比都在 1.5 左右，新型過濾機通過采用刮刀卸料和高壓風間隔反吹綜合卸料的方式，真空泵配氣比可以降到 0.5 左右，有效地降低了真空泵的能耗，而且還能保持高真空，降低了濾餅含水率。

2.2.3 新型扇形板固定結構

扇形板固定在中心軸上，工作時隨中心軸一起轉動。由于受到彎矩、轉矩及剪切力等的綜合作用，為了保證整個盤面的平面度，提高運轉的穩(wěn)定性，底部固定必須精確牢靠。

為了實現(xiàn)刮刀卸料和高壓風間隔反吹綜合卸料，要求盤面偏擺量特別小，因此設計了一種新型扇形板固定結構。扇形板柄根部為錐形，扇形板和中心軸依靠活接螺母緊固，待緊固到位后，扇形板和中心軸通過錐形結構實現(xiàn)對中，如圖 3 所示。該結構簡單，方便拆裝，能保證濾盤的平面度和直線度。

圖3 新型扇形板固定結構Fig.3 Fixed structure of new-type sector board

3 運行效果分析

GPYK160-8 新型礦用盤式過濾機于 2019 年 8 月投入運行，對巴西細鐵精粉進行脫水，目前運行穩(wěn)定，效果較好，各項性能指標均達到用戶要求。在現(xiàn)場隨機取樣，2 臺采用單復絲濾布的新型過濾機 A 和B 的濾餅含水率對比如圖 4 所示，生產數(shù)據(jù)如表 3 所列。

圖4 2 臺礦用過濾機的濾餅含水率對比Fig.4 Comparison of filtration cakes from two mine-used filters in water content

表3 現(xiàn)場實際生產數(shù)據(jù)Tab.3 Production data on site

需要說明的是，筆者開發(fā)的過濾機與傳統(tǒng)礦用盤式過濾機的主要區(qū)別在于能夠處理細顆粒物料，傳統(tǒng)礦用盤式過濾機不能處理細顆粒物料，只能處理粗顆粒物料。由于處理物料的不同，因此兩者不具有可比性。

由圖 4 和表 3 可以看出，該新型礦用過濾機性能良好：濾餅含水率在 10% 以下，產能在 0.35 t/(m2·h)以上，真空度達到了 0.089 MPa。可見該新型礦用過濾機結構可靠，可以用于細顆粒物料脫水。

4 結語

針對細顆粒物料而設計的新型礦用過濾機，采用分層過濾原理、粗細顆粒分區(qū)進料的進料方式和刮刀卸料高壓風反吹的綜合卸料方式，配以新型扇形板固定結構，經現(xiàn)場實際應用表明，該新型礦用過濾機適用于細顆粒物料脫水，在細鐵精礦脫水中運行效果良好，具有濾餅含水率低和產能高等特點，在鐵精礦的脫水行業(yè)市場潛力巨大。