圆盘加压过滤机在酒钢400万t选矿厂的应用

王国栋 刘千帆 高泽宾

（甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司选矿工程项目部）

圆盘加压过滤机在酒钢400万t选矿厂的应用

王国栋 刘千帆 高泽宾

（甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司选矿工程项目部）

酒钢原有650万t选矿厂采用盘式真空过滤机过滤铁精矿，滤饼水分一般达15.5%～16.0%，有时甚至更高。酒钢新建400万t选矿厂为使精矿滤饼水分低于13%以满足烧结工序的需要，在实验室试验和半工业试验的基础上，选择了山东莱芜煤矿机械有限公司生产的GPJ－120型圆盘加压过滤机作为精矿过滤设备。设备投入使用后滤饼水分平均在12.69%、干基利用系数平均为1.03 t／（m3·h）、滤液固含量小于3%，达到了预期目标。圆盘加压过滤机在酒钢新建400万t选矿厂的成功应用显示了其在处理难过滤金属矿产物料方面的推广价值。

圆盘加压过滤机 铁精矿过滤 滤饼水分

酒钢镜铁山铁矿矿石中主要铁矿物为镜铁矿、菱铁矿，有少量赤铁矿和褐铁矿；脉石矿物主要为含铁碧玉、铁白云石，有少量石英、方解石、白云石、绢云母等。矿石铁矿物嵌布细、矿物组成复杂，属于典型复杂难选红矿。选矿厂经过多年的探索，目前形成了粉矿（－15 mm）强磁选、块矿（15～100 mm）磁化焙烧—弱磁选—阳离子反浮选工艺，最终产品为强磁选精矿、反浮选精矿混合精矿。

镜铁山铁矿除矿石难选外，还存在精矿脱水难的问题，其主要原因是块矿焙烧后产生的裂隙吸收了一部分水分、弱磁选精矿发生磁团聚现象、弱磁选精矿的阳离子反浮选以淀粉作抑制剂等。这些原因导致精矿矿浆黏度增加，矿粒沉降困难，进而造成常规过滤机滤布板结，滤饼及滤布透气性显著下降，过滤效率低，滤饼水分升高。酒钢原有650万t选矿厂的精矿矿浆采用盘式真空过滤机过滤，滤饼水分一般为15.5%～16.0%，有时甚至更高。较高的精矿水分对后续烧结工序产生不良影响，制约了烧结工序能耗的降低和产能的提高。

2010年，酒钢新建400万t选矿厂项目启动，而已建成的烧结工序由于无热筛作业构成返回配料系统来平衡铁精矿水分，故提出新建400万t选矿厂的铁精矿水分须低于13%。鉴于传统盘式真空过滤机无法满足这一要求，酒钢选矿工程项目部在对圆盘加压过滤机、陶瓷过滤机、板框压滤机等新型过滤设备进行比较后，最终选择圆盘加压过滤机作为新建400万t选矿厂的精矿脱水设备。该设备投入使用后效果显著，解决了镜铁山铁矿的铁精矿脱水难题。

1 圆盘加压过滤机简介

1.1 圆盘加压过滤机发展概况

圆盘加压过滤机具有处理能力大、产品水分低的特点，是细粒物料的高效过滤设备。其技术理论由德国卡尔斯鲁厄大学于上世纪80年代初提出，此后，德国的洪堡公司、克虏伯公司及奥地利的安德里兹公司相继实现了设备的工业化。国产圆盘加压过滤机是由原煤炭科学研究总院唐山分院和山东煤矿莱芜机械厂于1992年开始研制的，样机于1993年9月在山东煤矿莱芜机械厂完成制造，并于1994年10月在枣庄矿务局八一洗煤厂得到应用。

在国外，圆盘加压过滤机首先被用于煤泥的处理，此后在铜精矿、铅精矿、铝矾土等的过滤方面也得到应用，用于过滤铁精矿的有美国蒂尔登矿业公司。

在国内，圆盘加压过滤机主要在煤泥处理方面得到推广，目前，用于国内煤泥处理的圆盘加压过滤机已达500余台套，占国内煤泥处理用过滤设备的60%左右。

1.2 圆盘加压过滤机设备结构

圆盘加压过滤机由主机、辅机及配套管道阀门组成。主机主要包括圆盘过滤机、加压仓、仓内滤饼输送机、排料装置、反吹装置、清洗装置、排水装置、气控系统、电控系统等。其中，圆盘过滤机配备矿浆搅拌装置，滤扇为不锈钢材质；加压仓为一类压力容器，通过充入压缩空气形成过滤所需正压；排料装置包括带有液压闸板的上排料仓和下排料仓，采用托辊支撑上、下闸板，配套充气密封圈进行有效密封。辅机主要包括高压风机、低压风机、给料渣浆泵、圆盘排料机、气水分离器等。高压风机负责给气控系统及闸板密封机构供风，低压风机提供过滤用风源及下排料仓充气用风源，给料泵负责提供需过滤的矿浆，圆盘排料机用于收集下排料仓排出的滤饼并将其均匀给到外部皮带输送机上，气水分离器则确保过滤过程中气水的有效分离。圆盘加压过滤机的结构示意见图1。

1.3 圆盘加压过滤机工作原理

圆盘加压过滤机工作时，通过连续向加压仓内通入压缩空气，在圆盘过滤机滤扇分配阀与通大气的气水分离器之间形成压差，使矿浆中的液体在正压力的作用下穿过过滤介质被脱除，固体颗粒则在过滤介质上形成滤饼；滤饼在卸料区被反吹风吹落到仓内滤饼输送机上，经过排料装置收集后排出。

图1 圆盘加压过滤机结构示意

圆盘加压过滤机排料过程中，上下排料仓闸板交替动作。排料初期，上闸板打开，下闸板关闭；待下排料仓料位达到一定程度后，上闸板关闭，下排料仓开始泄压，泄压完毕后下闸板打开进行排料；下排料仓排料完闭后，下闸板关闭，下排料仓充气阀打开进行提压；待下排料仓与加压仓压力相同时，上闸板打开继续排料。如此周而复始，实现圆盘加压过滤机连续运行，周期排料。

与传统真空过滤机相比，加压圆盘过滤机由于加压仓内的压缩空气与外部大气形成的压差远大于真空方式造成的压差，因而其过滤效率更高。与机械压榨式过滤机相比，加压圆盘过滤机由于采用空气压缩方式脱水，因而可有效缓解滤饼板结问题，从而使水分更容易穿过滤饼及滤布，同时加压空气还可置换滤饼颗粒间隙中的水分，从而使脱水效果更好。

2 圆盘加压过滤机过滤试验

2.1 实验室试验

为考察采用圆盘加压过滤机过滤酒钢铁精矿的可行性，酒钢选矿工程项目部委托国外某研究机构对酒钢原650万t选矿厂的综合铁精矿矿浆样品进行了实验室试验。试验结果表明，在给矿浓度为50%条件下，圆盘加压过滤机可将滤饼水分控制在12%以下，过滤机利用系数与圆盘转速的关系如图2所示。

2.2 半工业试验

在实验室试验的基础上，酒钢选矿工程项目部与山东莱芜煤矿机械有限公司联合，以酒钢原650万t选矿厂综合铁精矿矿浆为对象进行了圆盘加压过滤机过滤半工业试验。试验设备为2 m2圆盘加压过滤机，最终试验结果见表1。

图2 过滤机利用系数与圆盘转速关系实验室试验结果

表1 半工业试验结果

表1结果表明，在合适的过滤压力和主轴转速下，精矿滤饼的水分可以达到11.48%～11.89%，过滤机的干基利用系数为813.6～985.6 kg／（m2· h）。同时可观察到滤饼呈散状排出，排料顺畅。这进一步证明了圆盘加压过滤机用于酒钢铁精矿的脱水是可行的，且效果比较理想。

2.3 圆盘加压过滤机参数选择

根据试验结果，酒钢决定新建400万t选矿厂以山东莱芜煤矿机械有限公司生产的圆盘加压过滤机作为精矿过滤设备，其干基利用系数按≥0.85 t／（m2·h）选择，仓内压力按0.2～0.5 MPa选择，卸饼反吹压力比仓内压力高50 kPa，主轴转速范围为0.4～1.5 r／min，滤饼水分要求在13%以下，滤液固含量要求小于3%。根据这些要求，最终选用了4台GPJ－120型圆盘加压过滤机（3用1备）。

3 圆盘加压过滤机的优化及工业应用效果

3.1 圆盘加压过滤机的优化

鉴于圆盘加压过滤机目前主要应用于煤泥的过滤，而铁精矿与煤泥的性质存在较大差异，若将圆盘加压过滤机直接应用于铁精矿的过滤可能引起设备磨损和腐蚀加快、矿浆搅拌困难、滤布寿命短等问题，酒钢选矿工程项目部经过与山东莱芜煤矿机械有限公司技术人员多次论证，预先对将要使用的GPJ－120型圆盘加压过滤机进行了以下几方面的优化：

（1）设备、管道耐磨、防腐优化。加压仓内壁做防腐处理，过滤机槽体采用不锈钢材质；主轴轴颈内滤液管采用装配形式，磨损后可以进行更换；轴颈内滤液管、主滤液管、仓内入料管内衬刚玉耐磨材料，提高其使用寿命；上下排料仓内衬高分子聚乙烯材料，解决耐磨问题又防止粘料；系统阀门采用特殊耐磨阀门，以防快速磨损。

（2）矿浆搅拌装置优化。将矿浆搅拌装置改为耙式搅拌，解决物料密度大、沉淀快的问题，同时避免卧式搅拌密封磨损快的问题。

（3）仓内滤饼输送机优化。煤矿系统使用的圆盘加压过滤机多采用刮板机输送仓内物料，检修空间小，而且刮板机的刮板在运转过程中与滑道直接接触，用于处理铁精矿时易磨损，为此将刮板机改为皮带运输机。

（4）滤布优化。选用山东莱芜煤矿机械有限公司提供的PYNTK120－05－10－03型滤布，使用寿命可达到20 d以上。

3.2 圆盘加压过滤机工业应用效果

2012年11月20日，酒钢新建400万t选矿厂投入运行，GPJ－120型圆盘加压过滤机同步投入使用，运行实践表明，其过滤效果达到了预期目标（见表2）。

表2 圆盘加压过滤机生产运行指标

生产运行期间，圆盘加压过滤机在滤布无破损的情况下，其滤液固含量均在3%以下，而酒钢原有650万t选矿厂采用的盘式真空过滤机在滤布无破损的情况下，其滤液固含量一般在7%左右。相比之下，圆盘加压过滤机在滤液固含量方面也有较大的优势。

需要说明的是，圆盘加压过滤机在前期试生产过程中故障较多，影响连续稳定生产，为此主要进行了以下改进工作：

（1）圆盘排料机减速机改型。圆盘排料机用于收集圆盘加压过滤机下排料仓排出的滤饼并将其均匀给到外部皮带输送机上。投产初期，圆盘加压过滤机启动时滤饼水分偏高，排料不畅，导致圆盘排料机所用减速机损坏频繁。酒钢选矿工程项目部组织设计单位、设备厂家通过论证，将原行星摆线针轮减速机更换为摆线减速机，取得了良好的效果。

（2）仓内滤饼输送皮带减速机密封改进。仓内滤饼输送皮带所用减速机为SEW减速机，原有透气塞为单向阀且位置太低，当加压仓内压力大于0.2 MPa时，SEW减速机会由于其内部压力无法短时间内与加压仓内压力达到平衡而从单向透气塞进矿，从而影响设备运行。现场通过在减速机空心轴输出端外侧加闷盖、内侧加透盖，同时在滚筒轴上加尼龙防尘罩，并将透气塞加长至高于加压仓内维护用平台，有效解决了这一问题。

（3）降低设备负荷。圆盘加压过滤机产量不易控制，当给料浓度大于65%时，会出现滤饼较厚，设备负荷超过设计指标的现象，对仓内皮带输送机、圆盘排料机运行不利。生产中通过封闭两盘滤扇来降低设备负荷，从而保证了过滤机的稳定运行。

4 建 议

圆盘加压过滤机用于铁精矿的过滤在国内尚属首次，还需要在实践中不断摸索和改进，为此提出如下建议：

（1）优化配套设施选型。铁精矿与煤泥相比，矿浆密度大、沉降快。圆盘加压过滤机用于铁精矿的过滤，其配套设备的选型还有待优化，以便进一步发挥主体设备的效能。

（2）优化工艺参数。圆盘加压过滤机加压仓的工作压力是决定设备能耗的关键，应根据矿浆浓度的变化选择合理的工作压力范围，以达到降低能耗的目的。入料浓度是影响圆盘加压过滤机过滤效果的另一个重要参数，应探索合适的圆盘加压过滤机入料浓度，以提高设备的生产率。

（3）提高设备管理水平。圆盘加压过滤机自动化程度较高、使用维护标准较严，需要在实践中不断完善操作规程，提高管理水平，促进设备的稳定、高效运行。

5 结 语

圆盘加压过滤机具有利用系数高、滤饼水分低、滤布使用周期长、滤液固含量低的特点，较好地解决了酒钢铁精矿的过滤难题。当前，大量品位低、嵌布粒度细、构成复杂的金属矿产资源得到开发利用，其选矿流程趋向复杂，入选物料趋于泥化，精矿产品的过滤已成为相关选矿厂普遍面临的难题，圆盘加压过滤机在酒钢新建400万t选矿厂的成功应用对这些选矿厂具有重要的借鉴价值。

［1］谢广元.选矿学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2005.

［2］张荣瑞.国产加压过滤机的技术发展、应用及前景［J］.山西焦煤科技，2005（增刊）：3-5.

［3］朱长勇.盘式加压过滤机的应用分析［J］.煤炭工程，2004（6）：48-49.

App lication of Disc Press Filter in Concentrator of Jiusteel w ith Capacity of 4 000 000 t

Wang Guodong Liu Qianfan Gao Zebin
（Mineral Processing Department of Gansu Jiusteel Group Hongxing Iron and Steel Co．，Ltd．）

In Jiuquan Iron and Steel Company，the original concentrator with capacity of 6 500 000 t adopts the disc vacuum filter to treat iron concentrate，bywhich the cakemoisture generally reaches15.5%～16.0%，and sometimes even higher.A capacity of 4 000 000 tnew concentrator in Jiusteel expected to control the cakemoisture less than 13%in order tomeet the needs of the sintering process.Based on the laboratory tests and semi-industrial tests，GPJ-120 disc press filter produced by Shandong Laiwu Coal Mining Machinery Co.，Ltd.is adopted as filtration equipment to filter the concentrate. After putting into operation，the cake with moisture of 12.69%on average，dry basis average coefficient of 1.03 t／（m3·h），and filtrate solids content of less than 3%reaches the goal expected.Its successful application in 4 000 000 t new concentrator in Jiusteel indicates that it has a promotion potential in filtering the refractorymetalminerals.

Disc press filter，Filter of iron ore concentrate，Cakemoisture

2013-06-18）

王国栋（1984—），男，助理工程师，735100甘肃省嘉峪关市酒钢冶金厂区。