影響立式葉濾機產能因素的研究*

何 清，凌以峰，王紅光，王世武

（云南文山鋁業有限公司，云南 文山 663000）

立式葉濾機因其具有自動化程度高、過濾效率好、濾餅固含可控、維護量小、勞動強度低、操作方便及技術成熟等優點廣泛用于氧化鋁生產粗液精制工藝過程中[1]。立式葉濾機在運行過程中需保證葉濾機產能方能確保生產液量穩定通過。但在實際生產中，時常發生過濾產能波動給正常生產運行帶來很大的困擾。

在生產實踐過程中可通過優化葉濾機流道、與之配套使用的粗液泵性能參數、石灰乳添加配比幾個方面的不利因素來提高葉濾機產能。

1 粗液精制工藝簡介

1.1 工藝流程

從分離沉降槽送來的分離溢流（浮游物≤0.2 g/L）進入粗液精制工序中的粗液槽中，在粗液中通過加入一定比例的石灰乳作為助濾劑。石灰乳由石灰制備工序送至粗液精制工序中的石灰乳槽，然后由石灰乳泵計量后輸送至粗液槽中充分攪拌混合。含石灰乳（助濾劑）的粗液通過粗液泵輸送至立式葉濾機中加壓過濾，經過濾除去溶液中的絕大部分浮游物，生產出合格的精液[2]。流程見圖1所示。

圖1 粗液精制工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of crude liquid purification

1.2 設備簡介

粗液精制工藝中共使用6臺立式葉濾機，其中一期使用4臺均來自德國高德福林的進口葉濾機，過濾面積為377 m2。二期使用2臺葉濾機，過濾面積為454 m2。

立式葉濾機特點及結構組成：立式葉濾機自動化程度高[3]、結構簡單、操作維護方便，主要由筒體、過濾元件（流道、濾布、集液管及過濾附件）、高位槽、管道、手動閥門、氣動閥門（進料、循環、卸壓、水平、卸泥）、附屬儀表、安全保護裝置和自控系統組成[4]，見圖2所示。

圖2 立式葉濾機結構組成示意圖Fig.2 Structural composition schematic diagram of vertical leaf filter

工作原理：立式葉濾機運行周期全過程采用計算機實現遠程自動化控制，每個運行周期主要由進料循環掛泥、生產合格精液及卸泥三個過程組成[5]。在粗液泵提供一定壓力下，進入葉濾機筒內的溶液通過過濾濾餅層濾除絕大部分雜質即制成合格的精液，然后精液沿導流管流入集液管，最后進入機筒外部的精液總管匯入精液槽，濾渣在濾布外部形成濾餅，在每個運行周期結束時通過卸泥氣動閥排入濾餅槽。

進料循環掛泥過程：葉濾機開始過濾時，進料氣動閥和循環氣動閥自動開啟，卸泥氣動、卸壓氣動閥、水平氣動閥自動關閉。循環掛泥過程開始時，粗液槽內的粗液由粗液泵送入機筒內開始進料掛泥，石灰乳與粗液介質反應生成的助濾劑逐步在濾布表面截留形成過濾層[6]。循環掛泥過程持續時間5 min，在此過程中通過濾層產生的濾液為渾濁的溶液（粗液）通過循環管路返回粗液槽內。

生產合格精液過程：隨著循環掛泥過程的結束，濾布表面已形成一定厚度的過濾介質層。循環掛泥過程結束后，通過過濾層的濾液由渾變清產生合格的精液，此時循環氣動閥自動關閉，產生的合格精液通過管路進入精液槽內，葉濾機進入生產合格精液過程，此過程持續時間50 min。

卸泥過程：隨著生產合格精液過程的持續進行，濾布表面的過濾層越來越厚，葉濾機運行壓力逐漸升高和產能逐漸降低。當生產合格精液過程結束時，進料氣動閥自動關閉并停止進料，卸壓及水平氣動閥自動開啟，依次執行卸壓和平衡液位后關閉，開始進入卸泥過程，此時卸泥氣動閥自動開啟，通過高位槽內的濾液反沖，將各過濾元件上的濾餅脫離濾布通過卸泥管路進入濾餅槽內[7]。

當卸泥過程完成后葉濾機進入新一輪運轉周期。葉濾機工作原理見圖3所示。

圖3 葉濾機工作原理圖Fig.3 Working principle of leaf filter

2 影響立式葉濾機運行產能的相關因素

2.1 葉濾機流道

葉濾機采用6通道條式流道，長度3 m，材質為不銹鋼304L，流道寬度為80 mm，流槽寬度為8 mm，厚度為0.5 mm，每臺葉濾機含有702塊流道。

在生產實踐中，葉濾機通常在（0.16～0.2）MPa的壓力范圍內運行，頻繁發生流道變形導致流槽變窄的狀況：使用半年后流道寬度由8 mm降至（1～5）mm，葉濾機產能也明顯降低。給正常生產的液量通過帶來很大的困擾，在實際生產中為保障液量通過不得不增加葉濾機運行數量，因此造成生產運行成本升高。

2.2 離心泵參數選型

粗液泵流量選型相關的因素：葉濾機過濾面積為377 m2，平均過濾能力為2.0 m3/（h·m2），即過濾能力為（1.5～2.5）m3/（h·m2）。粗液泵選用額定流量為650 m3/h，不能滿足葉濾機的最大產能。根據數據計算，粗液泵流量選擇應大于750 m3/h方能達到葉濾機平均過濾產能，并與之配套使用。

粗液泵揚程選型相關的因素：粗液泵至葉濾機進口的高差15 m，粗液密度為1.25 g/ml，葉濾機在正常運行壓力為（0.16～0.2） MPa。粗液泵選用揚程為65 m，不符合實際生產需求。實際生產中為了確保葉濾機壓力在正常狀態下運行，粗液泵的頻率只能控制在80%左右運行，不能達到滿負荷運行條件的要求。

2.3 石灰乳配比

葉濾機過濾介質浮游物中主要是懸浮的細赤泥粒子，并含有少量的絮凝劑。懸浮的細赤泥粒子和較高粘度的高分子絮凝劑易覆蓋在濾布和濾餅空隙中，堵塞過濾孔隙，從而影響葉濾機過濾產能。為了改善葉濾機過濾性能，通過添加石灰乳在濾布表面形成疏松多孔的濾餅層，使過濾層有著較低的流動阻力從而提高粗液的通過性。

在生產中石灰乳添加方式、活化配合比、活化時間是導致葉濾機產能降低運行壓力升高及石灰乳消耗量高的主要因素。各類不良因素常造成葉濾機產能低和運行壓力過高（經常出現高達0.25 MPa的運行壓力）。在氧化鋁生產中，石灰乳添加配比不合理常造成產能波動，同時運行壓力升高不利于液量通過和指標控制。

3 采取的改進措施

3.1 流道的改進

流道的強度和耐腐蝕對葉濾機產能有較大的影響，因此要圍繞這兩種因素進行改進。措施有：①材質的改進。材質由不銹鋼304材質改為不銹鋼316材質，不銹鋼316較不銹鋼304具有高溫強度高及預防晶間腐蝕的優點，能夠更好的滿足堿性環境要求；②厚度的改進。厚度由0.5 mm增加至0.8 mm，提高流道強度；③流道深度的改進。深度由10 mm增加至12 mm，有效地提高濾液通過空間。

3.2 粗液泵參數的改進

葉濾機型號確定后應對粗液泵的性能參數（流量和揚程）進行計算確定，確保粗液泵的性能參數與葉濾機技術參數相匹配。其中性能參數的改進：①流量的選定。通過葉濾機設計產能可確定粗液泵的流量應大于750 m3/h，將粗液泵流量由650 m3/h提高至825 m3/h；②揚程的選定。將粗液泵揚程由65 m降低至48 m。

3.3 石灰乳添加配比

粗液在精制過程中通過添加石灰乳助濾來提高過濾效率及過濾質量[8]。因此石灰乳配比確定的合理與否不僅影響葉濾機的產能同時也增加石灰乳的消耗量。在實際生產中應通過可靠的生產數據分析得出合理的添加比例，方能確保葉濾機產能同時又減少石灰乳的消耗量。

在實際生產中根據石灰乳質量、葉濾機運行壓力及產能確定石灰乳添加配比為7‰～10‰，使葉濾機保持良好的運行狀態。

4 實施效果

4.1 流道改進

實施效果數據見表1。

表1 流道改進前后立式葉濾機產能對比Tab.1 Comparison on yield of vertical leaf filter before and after flow channel improvement

從表1生產數據和圖4中看出流道改進后葉濾機產能得到明顯改善，改進后的流道發生變形較小，對葉濾機產能的影響也較小，取得了較好的效果。因此流道材質和厚度的選擇對葉濾機運行產能有重要影響。

圖4 改進前后流道對比Fig.4 Comparison on flow channel before and after improvement

4.2 粗液泵性能參數的改進

改進前后產能數據見表2。

表2 泵參數改進前后葉濾機產能對比Tab.2 Comparison on yield of leaf filter before and after pump parameters improvement

從表2中生產數據看出，喂料泵改進后葉濾機產能提高較為明顯，平均產能提高約50 m3/h。因此在葉濾機型號確定之后與之配套使用的粗液泵性能參數的確定對立式葉濾機產能的提高有重要影響。

4.3 石灰乳配比

添加不同配比葉濾機產能數據見表3。

表3 葉濾機不同石灰乳配比的葉濾機產能Tab.3 Yield of leaf filter with different calcium hydroxide proportion

從表3看出，當石灰乳配比為6‰時，浮游物雖然合格但葉濾機產能相對較低，配比為7‰-11‰既能得到較好的葉濾機產能又能保證過濾后的精液浮游物指標的穩定性。因此石灰乳配比是影響葉濾機產能的重要因素之一。在氧化鋁生產過程中需適時分析石灰乳添加配比對葉濾機產能的影響，并根據生產變化情況（石灰乳固含及有效鈣成分） 及時準確調整石灰乳添加配比，石灰乳配比應作為立式葉濾機控制的動態調整參數。

5 結語

在氧化鋁生產中，改進流道的物理強度和耐腐蝕性、喂料泵性能參數及石灰乳添加配比是提高立式葉濾機的有效手段。當然影響葉濾機運行產能還有其它方面的因素，如葉濾機運行周期時間的確定、作為助濾劑石灰乳活化時間的確定及濾布材質和孔隙的確定等。在實際生產中應對生產實踐數據加以分析總結，找出問題并采取針對性改進措施來逐步消除不利因素。

1）改進后葉濾機平均臺時產能達到了約560 m3/h，較改進前臺時產能400 m3/h提高了160 m3/h；

2） 生產通過液量為1 700 m3/h時，減少葉濾機投用數量1臺，既降低了葉濾機使用產生的費用，又給葉濾機堿洗維護創造了生產便利條件，從而保障生產穩定運行。