燭式過濾器在電解銅箔濾泥脫渣中的應用

王錦輝，王 廣，崔俊杰，高智敏

（江西省江銅耶茲銅箔有限公司，江西 南昌 330029）

1 引言

電解銅箔生產中，溶液雜質主要分為有機物雜質和雜離子兩大類。有機物雜質主要為溶液中的膠質、油脂等有機物。雜離子主要有Zn2+、Pb2+、Sb2+、Fe3+、Cl-等。雜離子在溶液中普遍存在，但只要電解液中的雜離子的含量不超過一定的范圍，一般不會對電解銅箔產生明顯的不良影響。相比較而言，電解銅箔對有機物雜質及固態不溶雜質更敏感，受其影響更大［1］。

用于硫酸銅溶液凈化的活性炭、硅藻土等過濾介質，會根據工藝需求定期更換，產生大量含銅離子、鋅離子、鐵離子等硫酸液濾渣［2］。傳統的方法處理后的濾渣，溶液含量高，轉運易造成污染的缺點對公司的環保達標產生巨大壓力，亟需一種更高效、更清潔、更環保的方法取代傳統脫渣方式，降低濾渣中溶液的含量，同時滿足溶液回用要求。

2 傳統的濾渣渣液分離方法

目前對于濾渣的脫液主要為沉降分離和離心機脫干兩種。

2.1 沉降分離法

沉降分離法指固體物與液體介質密度相差懸殊，固體物靠自身重量自然下沉［3］。溶液初步沉淀后，將上層溶液排回系統，底部濾渣排出堆放，讓濾渣中含有的溶液緩慢流出到較低地勢的容器中收集，待濾渣自然干燥后再裝袋運至專業廠家處理。

缺點：排回系統的溶液中雜質含量較高，對系統穩定性有影響；濾渣處理時間長，占地面積大，處理后的濾渣含液量大；另外人員勞動量大，存放、轉運時易污染周邊環境。

2.2 離心機脫干法

溶液初步沉淀后，將上層溶液排回系統，底部濾渣懸浮液用泵從離心機頂部加料管入轉鼓，落在布料盤上，在離心力作用下，流向轉鼓壁溶液轉鼓壁上的濾網和濾孔甩出，匯集在底盤經排液管排出，而濾渣留在濾布內側，待離心脫干完成后清出裝袋，運至專業廠家處理［4］。

缺點：離心甩出的溶液由于將原吸附的雜質被甩出，溶液中雜質含量升高，無法排回系統使用。處理后濾渣含液量較大，轉運時較易造成周邊污染。

3 燭式過濾器原理應用分析

隨著人們環保意識的增強，國家對環境保護力度不斷加大，對污染物排放的要求不斷提高，傳統的硫酸銅濾泥渣液分離使用的沉降分離法和離心機脫干法因存在廢渣含液量大、回收率低、易污染環境的缺陷，越來越難以滿足環保和成本節約的高要求，亟需一種更環保、更高效、更節約的分離方式來取代傳統分離辦法。燭式過濾器具有高效節能、密閉環保、維護簡便、安全可靠、自動化程度較高等特點，較好地契合了環保和節約生產的需求，成為一種解決傳統脫渣問題的研究方向，具有很大的研究發展潛力。

燭式過濾器是一種加壓濾罐式過濾器，可全程電腦自動化控制，較好地保證了生產的連續性，同時也降低了勞動強度，節省了人力，有效提高了生產效率，而且自動控制還降低了人為操作帶來的失誤，大大降低了生產安全事故的風險，因此廣泛應用于石油、塑料、電鍍、化工、陶瓷、制藥、制糖等工業的固液分離過濾［5］。

固液分離按原理可分為沉降分離和過濾分離［6］。燭式過濾器采用過濾分離的原理進行脫渣。

燭式過濾器的濾罐內安裝有一根或多根梅花形內管，外表套裝濾布（濾布為根據過濾液特性選擇的專用濾布，某些特殊的過濾溶液需要加入助濾劑）。待過濾的溶液經輸送泵輸送到濾罐內，經過濾布過濾時，溶液中的固體雜質會被濾布攔截，在濾布外表面聚集。當濾布表面的固體物質達到一定厚度，就在濾布表面形成了“濾餅層”。隨著濾餅層的增厚，濾餅層微粒之間間隙變小，溶液中的細小雜質無法通過濾餅層，只有液體能夠通過從而達到所需要的過濾效果，凈化溶液。過濾完溶液后，通入壓縮空氣吹干濾布表面的濾渣，之后再反向通入壓縮空氣，使濾布表面的干濾渣脫落，完成脫渣排出。

4 工藝過程設計

經過對燭式過濾器的工作原理和電解中硫酸銅濾泥特點的深入分析，最終我們設計出使用燭式過濾器對硫酸銅濾泥脫渣的的工藝流程，流程主要分為：自循環過濾脫渣、脫渣過濾凈液回收、濾渣干燥和排渣四個階段。

4.1 自循環過濾脫渣

考慮到硫酸銅濾泥的含渣量大，直接過濾的效果不佳，初步過濾后的濾液濁度難以達到回收利用的標準，因此在正式的過濾工作前增加本階段。含大量濾渣的溶液通過輸送泵輸送到燭式過濾器，過濾后的溶液輸回原液槽罐內，進行自循環過濾（如圖1）。使用自循環過濾的方式對濾泥進行初濾，逐步降低濾泥的焊渣量，保證后續正式過濾步驟的過濾質量和效果。

4.2 脫渣過濾凈液回收

經過自循環過濾，溶液的含渣量會逐步降低。通過多次初濾后，濾液的焊渣量降低到標準要求后進行脫渣過濾進液回收階段，本階段過濾后的溶液經檢測后濁度指標滿足要求后，可直接回用至系統（如圖2）。

圖1 自循環脫渣

圖2 脫渣過濾凈液回收

4.3 濾渣干燥

在過濾過程中，過濾器濾布上的濾餅含液量仍然很高，需要對其進行干燥處理。采用壓縮空氣保壓排空罐內溶液后，繼續正吹吹干濾餅。通過控制壓縮空氣的大小和干燥的時間來控制濾渣的含液量（如圖3）。經過本階段，可有效控制濾餅中的含液量，保證硫酸銅的回收利用率。

4.4 排渣

經過壓縮空氣正吹的濾餅，將含水量降低到一定的標準后，然后把壓縮空氣反吹，濾布上的濾餅會脫落，自動打開排渣口排出裝袋（如圖4）。通過壓縮空氣的正反吹，實現自動脫渣的功能，減少人工的干預量，可有效降低工作人員工作強度，減少因人工轉運造成廢渣外漏引起的環境污染。

圖3 濾渣干燥

圖4 濾渣吹脫排出

5 脫渣試驗效果驗證

為檢驗過濾器進行脫渣分離的效果，本次分別采用電解過程中主過濾器產生的濾泥上層和下層作為脫渣分離原料。將此工藝設備小型化后，按照本工藝流程進行了實驗室條件下的試驗。通過檢測過濾后濾渣的含水量和含銅量以及濾液的濁度，來確定生產不同含渣量濾泥的情況下本工藝脫渣效果。

5.1 試驗一

200L 塑料箱作為循環槽，槽內加入主過濾器上層濾泥。采用壓力為0.22MPa、液量150L/min 的潛水泵進行循環，壓縮空氣氣壓約0.4MPa，壓縮空氣烘干半小時。試驗結果見表1 至表2。

表1 試驗一濾液成分含量

表2 試驗一濾渣成分含量

試驗現象：

（1）烘干后底部閥門上會很濕；

（2）循環過程中壓力基本沒有變化；

（3）循環后過濾器出口溶液很清澈，看不到廢介質，循環時間在6h 左右；

（4）烘干后的泥巴厚度在3mm 左右，使用壓縮空氣烘干半個小時左右，濾泥層相對較均勻。

5.2 試驗二

200L 塑料箱作為循環槽，槽內加入主過濾器下層濾泥。采用壓力為0.32MPa、液量150L/min 的潛水泵進行循環，壓縮空氣氣壓約0.4MPa，壓縮空氣烘干半小時。試驗結果見表3 至表4。

表3 試驗二濾液成分含量

表4 試驗二濾渣成分含量

試驗現象：

（1）烘干后底部閥門上會很濕；

（2）循環過程中壓力基本沒有變化，但通過調整泵出口的旁通可以提高壓力；

（3）濾泥水分相對于第一次偏高；

（4）循環后過濾器出口溶液很清澈，看不到廢介質，循環時間在4h 左右；

（5）烘干后的泥巴厚度在3cm 左右，使用壓縮空氣烘干半個小時左右，濾泥層相對較均勻。

5.3 試驗總結

（1）脫渣后的濾液清澈，固體雜質含量符合回收利用標準，銅離子和硫酸含量高，滿足直接回收系統利用的條件。

（2）濾餅含水量根據濾渣厚度的增加而升高，當濾餅厚度3cm 時含水量可達48%，濾餅比較干燥，還可以通過降低濾餅厚度或增加空氣烘干的時間進一步減少濾渣含水量到40%以下，滿足生產使用要求。

（3）使用含渣量較多的下層濾泥和含渣量少的上層濾泥時，本工藝均能達到預期含水量要求。

（4）壓縮空氣烘干后，底部閥門處還會比較濕，需要調整回液管的深度，減少過濾器內液體殘留；

（5）循環過程中壓力基本無變化，壓力表不能有效起到監控過濾情況的作用，需要采用其他方法監控過濾的情況，控制濾餅厚度，從而達到控制烘干后濾餅含水量符合要求。

6 結論

對比傳統的濾液分離方法，使用燭式過濾器進行硫酸銅濾泥的脫渣的優點：

（1）勞動強度低。濾渣從主過濾器到脫渣排出裝袋，全過程由管道輸送，自動完成，無需人工轉運，有效降低勞動強度。

（2）現場工作環境好。整個脫渣過程系統全封閉，避免現場堆濾渣堆積及轉運過程濾渣灑落，現場工作環境更加整潔干凈。

（3）濾渣含液量低。轉運過程無溶液滴落，更加環保清潔；渣液分離更徹底，有利于減少濾渣處理量，增加溶液回收，減少原料損耗。

（4）回收溶液雜質少。過濾后的溶液含雜質少，滿足回收循環利用要求，減少廢水處理量，更有利于環保，減少原料損耗，節約成本。

可見，使用燭式過濾器進行硫酸銅濾泥的脫渣在各個方面具有較大的改善，能夠有效地解決傳統方法濾泥脫渣分離效率不高導致的環保、硫酸銅回收利用率低等問題，具有較好的應用前景。