固液分离方法及设备

4.4固液分离方法及设备湿法冶金过程实质上是逐步分离物料中的有价金属，得到的产物一般都是固体和液体的混合物，如矿物原料（或冶金生产的二次物料）通过浸出处理后得到的产物，是固体和液体的混合物——矿浆。这种混合物必须经过分离才能达到过程最终进行的目的即使杂质和主体金属进行的分离。固液分离顾名思义指从混合物中分离出固相和液相。在很多工艺过程中应用固液分离以达到下列目的：1．回收有用固体(废弃液体)：2．回收液体(废弃固体)；3．回收固体和液体；实际生产过程中固液分离的方法很多，但按其进行的原理可以分为两大类：浓缩和过滤。4.4.1浓缩及设备（沉降设备）浓缩：利用液固比重不同，矿浆中固体粒子在重力作用下，从溶液介质中沉淀而使溶液得到澄清的过程。浓缩以后得到的固相，仍然是一种液固比为2～4：1的浓泥，而有的上清液亦含有少量的悬浮物，故浓缩是使矿浆进行液固分离的初步作业。浓缩过程：浓缩过程就是将混合矿浆打入一定的设备，使矿浆中的固体粒子，凝聚形成浓泥沉降，而溶液则成上清液通过溢流，从过程中分离出来。两个步骤：1）物理化学处理。通常是添加凝聚剂或絮凝剂使悬浮液中分散的的未絮凝颗粒凝聚转入浓密的底流，并得到澄清的溢流。2）工程操作，用合适的固液分离方法减少浓泥的剩余水分时得到体积尽量多的上清液和含液体少的浓泥。为此通常采用浓缩槽来进行矿浆的浓缩分离过程。影响浓缩过程的因素影响沉降的因素：颗粒性质、溶液性质混合液的比重差和液固比、矿浆温度、矿浆的流量浓缩槽内固体物数量；絮凝剂等。①颗粒性质：大颗粒的粒子比小颗粒的粒子，沉降速度大；球形成近似球形的颗粒或颗粒聚集体，比重量相同的非球形(片状或针状)颗粒沉降大得多。故生产上采用加絮凝剂改善颗粒性质。②混合液的比重差和液固比：比重差和液固比愈大，则澄清愈快愈彻底。③溶液性质：当溶液中胶体含量高，会造成澄清困难;矿浆的酸度亦会影响澄清分离效果，不同的酸度会得到不同澄清效果的沉淀物.如氧化锌烟尘酸性浸出时，矿浆的PH值小于2，矿浆有良好的的澄清效果。此时溶液中的硅酸以真溶液的状态存在。在锌焙砂中性浸出时的矿浆和空气氧化除铁矿浆的PH值一般控制在5.2～5.6，原因是在此PH条件下，最有利于细粒胶状物如氢氧化铁或硅酸凝聚成大颗粒。④矿浆温度：温度高能加速矿浆颗粒的运动，降低矿浆的粘度，从而有利矿浆的澄清分离。但温度的提高要考虑到成本和不超过溶剂的沸点。一般控制在40~50℃。⑤浓缩槽内固体物数量：当槽内固体物料过多时，相对降低了槽内的澄清区，影响沉降过程，严重时可能造成槽内扒渣耙的突然停车，甚至扭断，所以要定期排放槽内浓泥。⑥矿浆的流量：矿浆进入浓缩槽的流量，对间断进液浓缩最为重要。流量过大或忽大忽小，造成上清区混浊，甚至无上清区。故应随时掌握浓缩槽上清区高度，及时调节矿浆进入量或多排浓泥，矿浆才能获得良好澄清效果。4.4.1.3浓缩的主要设备---浓缩槽（浓密机）浓缩槽或浓密机:是完全由沉降过程来提高浓泥浓度并得到澄清液的工业设备。组成:槽体、粑臂、传动装置、提升装置等部件。分类:按传动方式不同分:为中心传动和周边传动浓缩槽，大直径的浓缩采用周边传动方式。按槽的形状分为:锥底浓缩槽和斜底两种.生产过程应用最多的是锥底浓缩槽，下面介绍中心传动的锥底浓缩槽。其机构如图4-20所示。4-21浓缩槽浓缩及结构示意图

a浓缩槽结构示意图b浓缩过程示意图

1-圆形槽体；2-进料口；3-溢流堰；4-卸料锥；5-耙；6-叶片；7-垂直轴；8-桁架A-上清液区；B-上清液澄清区；C-混合澄清区；D-浓泥澄清区；E-浓泥区1）槽体

浓缩槽上部为圆筒形，常见直径为10~18m，高3~7m，槽底为圆锥形，圆锥角为160o形成漏斗，这样的底能使已沉降的固体物料移向中间，浓泥自锥底孔排出。槽体用钢筋混凝土（或特殊钢材），并衬以耐酸材料。在槽内的中心悬挂有缓冲筒，其底装有筛板，圆筒直径1.5m，高1.5m，由不锈钢板卷制而成。缓冲筒安装时，上口应高于液面，使进入浓缩槽内的待浓缩矿浆与上清区隔离以保证上清质量，筛板起缓冲作用。浓缩过程：将浸出所得矿浆送入淹在澄清液内的给料圆筒内，不致把澄清液搅混，澄清的上清液通过位于浓缩槽上部边缘的溢流槽放出。聚集于中间的浓泥用砂泵抽出或用其他方法排出。2）耙臂

浓缩槽装有一带有耙齿的十字耙臂组成的特殊机构，以搅拌沉落在槽底的粒子，以便把沉落的粒子移向中间。带有耙齿的十字耙臂与浓缩槽锥底平行，并固定在一根垂直轴上，其中两个对称的长耙臂长达边缘，另两个对称的短耙臂的长度只有槽半径的三分之二。耙臂的材质可用硬质木材、不锈钢或普通钢材用环氧玻璃布防腐后制成。为了防止变形，耙臂之间及耙臂与中心轴之间用拉杆固定。耙齿与槽底距离20~50mm，耙齿与耙臂轴线夹角600，当中心轴转动时，耙臂上的耙齿刮动槽底浓泥，使之向中心槽心移动，可由中心放口出放出，再通过泵送走。4.4.2过滤及设备浓缩后的浓泥必须进一步分离得到固相和液相，才能保证进入液相有价金属的回收和进入固相的有价金属的品位。过滤：是浸出后的浓泥的固液分离的（或浓缩后得到的上清液中悬浮物除去的）一种方法。凡是矿浆悬浮物中，固体微粒不能在适当时间内以沉降法得到分离时多采用过滤法，它的目的：是分离矿浆悬浮液中所含固体微粒，得到较清的溶液。过滤的基本原理：在压强差（或离心力）的作用下，迫使液固两相混合物流经多孔过滤介质，液体通过介质，而固体颗粒则截留在介质上，从而达到液体与固体分离的目的。目的：获得液体产品或固体产品，有时二者兼要，有时是为了将过滤分离所得的液体和固体分别进一步的处理。介质的种类：有编织物、多孔陶瓷、多孔金属、纸浆及石棉。根据过滤介质两边压力差产生的方式不同，过滤机分为压滤机（正压力）与真空过滤机（负压力）。

2．影响过滤的因素

❶、滤渣的性质：当浓泥或上清液含有胶状的物质如硅酸、氢氧化铁以及粒状物质时将使浓泥或上清液的粘度增高，造成过滤困难。细小的胶状微粒通过滤布毛细孔道，将堵塞过滤介质的毛细孔道，使滤布结板，降低过滤速度。生产实践中遇到胶状物质堵塞滤布时，应先加骨胶水处理矿浆或上清液，提高过滤温度，使其粘度降低，洗涤滤布或换新布。当浓泥含粗粒渣较多时，渣较难粘附时，因而易堵死过滤槽；②过滤推动力：过滤介质两端的压力差大，过滤速度加快，压差减小，过滤速度缓慢。生产中随过程进行滤饼厚度增加，阻力增加压差减小过滤速度减慢。③矿浆的温度：过滤温度高低，对矿浆粘度大小有影响，当温度增加，矿浆的粘度变小，提高了矿浆的流动性，大大加快过滤速度；提高温度能使部分气体从滤液中排出，消除滤饼和滤布的毛细孔道内形成的小气泡，从而加快过滤液通过介质速度；提高温度，有利于滤液中悬浮固体细粒胶结成大粒，有利于消除过滤时悬浮细粒堵塞滤布毛细孔道，使过滤速度加快。④滤饼的厚度：随滤饼厚度的增加，被过滤矿浆中的滤液通过过滤介质时阻力增加，过滤速度降低，还可能由于滤饼过厚而将滤布损坏。为此，当滤饼具有一定厚度时，应将滤饼除去后再进行压滤，以加快过滤速度。上述因素虽然影响过滤速度，但最重要的是控制好技术操作条件，为过滤创造有利条件，有的矿浆过滤还必须加入适当的凝聚剂。过滤设备：板框压滤机是间歇式过滤机中应用得最广泛的一种。一般的板框压滤机，系由多个滤板、滤布与滤框交替排列而组成。每台过滤机所用滤板、滤布与滤框交替排列，而后转动机头螺旋使板框紧密接合。

板框压滤机工作原理：过滤时，用泵将料浆输送到滤板与滤框组合的通道中，料浆再由滤框角端的暗孔进入框内，在压差作用下，滤液穿过两侧的滤布，然后经过滤板板面上的沟槽流至出口排走。料渣则被滤布截留形成滤饼，待滤饼充满全框后，过滤速度随之下降，即可停止过滤，随即松开压紧装置将头板拉开，然后分板装置依次将滤板和滤框拉开，进行卸料。3.2.3板框压滤机(如图3-3-3)如果滤饼需要洗涤，过滤机的板就需要有两种构造，一种板上开有洗涤液进口，称为洗涤板。另一种没有洗涤液进口，叫做非洗涤板。洗涤在过滤终了后进行，即当滤框已充满滤饼时，将进料阀门紧闭，同时关闭洗涤板下的滤液排出阀门，然后将洗涤液在一定压强下送入。洗涤液由洗涤板进入，穿过滤布和滤框，沿对面滤板下流至排出口排出。如图4‑22所示，洗涤时，洗涤液所走的全程为滤饼的全部厚度。而在过滤时，滤液的途径只约为其一半，并且洗涤液穿过两层滤布，而滤液只需穿过一层滤布，因此，洗涤液所遇阻力约为过滤终了时滤液所遇阻力的两倍。而洗涤液所通过的面积仅为过滤面积的一半，如果洗涤时所用压强与过滤终了时所用压强相同，则洗涤速率约为最终过滤速率的1/4。板框压滤机的优点：占地小，过滤面积很大，过滤推动力大，设备构造简单。缺点是：设备笨重，装卸时劳动强度很大；为间歇式操作，洗涤速率小且不均匀，因此，此种过滤机已成为技术改造的对象。为了减轻板框的重量，有的采用钢丝网滤板；为了防腐蚀有的采用玻璃钢板框和木屑酚醛板框。板框压滤机实物图

(2)箱式过滤机箱式压滤机如图4—24所示。它以滤板的棱状表面向里凹的形式来代替滤框，这样在相邻的滤板间就形成了单独的滤箱。图4—25。进料通道通常与板框式压滤机所采用的不同。滤箱借在每个板中央的相当大的孔连通起来，而滤布借螺旋活接头固定，滤板上有孔。为了压干滤饼，在每两个滤板中夹有可以膨胀的塑料袋(或可以膨胀的橡皮膜)。当过滤结束时，滤饼被可膨胀的塑料袋压榨而降低液体含量。目前使用的自动箱式压滤机。它们最大的特点是既保留了箱式压滤机所具有的能处理各种复杂物料的特点，又借助于机械、电器、液压、气动实现操作过程全部自动化，从而消除了笨重的体力劳动，提高设备的生产能力。但结构复杂，更换滤布麻烦，滤布损耗大，需进一步改进。冶金生产通过对自动箱式压滤机进行改造现在在一些要求特别的地方如阳极泥的洗涤过滤中引入的全自动箱式过滤机。（3）真空过滤机真空过滤机的类型及特点所有真空过滤技术与其它滤饼过滤方法一样，都使用多孔过滤介质支撑滤饼。但与其它过滤方法不同的是，真空过滤使用的推动力较小，因而它只适合于一些特殊情况的应用。对于可压缩的滤饼，较高的压强会使滤阻和过滤介质阻力增大,这是使用过滤机时经常遇到的一个问题。与在高强度或高转速操作的过滤机相比,真空过滤机的设计较容易解决。优点:真空过滤机可以设计得很简单，并且为了在各种特定的应用中能获得良好的适应性，可以采用各种结构材料。可以在比较简单的机械条件下连续操作，这可能是真空过滤机的一个最大优点。缺点:推动力小可能导致过滤速度较低和滤饼含水量较高。真空过滤机有间歇式的真空过滤和连续式两大类，目前绝大多数的真空过滤机是连续操作的。连续真空过滤机特别是那些旋转真空过滤机，早巳证明其应用范围比其他连续过滤机宽广得多，并且具有满意的工业操作性能。间歇真空过滤机

是一种最简单的真空过滤器。工业间歇真空过滤机有两种。一种是努特舍真空过滤机(thevacuumNutsche)，用在规模相当大的工业分离中，并且可以设计成用刮刀或耙来卸除滤饼。另一种则以穆尔过滤机(Moorefilter)为代表，这种过滤机系由浸入悬浮液的一组滤叶组成，并且可以设计成反吹卸除滤饼或移出滤叶卸除滤饼的形式。如图4-26所示。穆尔过滤机是由10-30张过滤叶片呈并联排列，每个叶片上都有一个通过带孔的U型管，它们分别与聚合器连接再通过胶管与真空管路相连接，然后固定在支架上形成一个过滤器组。在支架上设有供行车起吊的吊环，在每张叶片上包覆有相应材质的过滤介质。穆尔过滤机可以依次完成过滤、洗涤，去饼和吹除等工艺操作。随过程的不断进行滤饼的厚度不断增加，当达到一定厚度后，用行车将穆尔过滤机吊出过滤槽继续抽吸3-4分钟，然后吊至盛有清水的洗涤槽内

继续抽吸进行洗涤；洗涤完成后用行车将穆尔过滤机吊出过滤槽继续抽吸3-4分钟，然后吊至卸渣槽，将真空阀门关闭，打开空压阀反吹卸渣图4-26穆尔过滤机结构示意图1—支架；2—聚合器；3—叶片；4—滤布；5—竹片格；6—木夹板；7—胶管；8—吊环；9—木塞；10—U型管连续真空过滤机连续真空过滤机主要有三种，即转鼓真空过滤机、转盘真空过滤机和卧式旋转真空过滤机。应用最多的是转鼓真空过滤机和转盘真空过滤机。A转鼓真空过滤机图4-27转鼓真空过滤机配置示例,

图4—28转鼓过滤机结构图。这种过滤机有一转鼓，该转鼓被分成若干扇形格室，各格室分别与一自动过滤阀接通。转鼓旋转时，浸入悬浮液当中的鼓面吸取滤液，而滤饼则沉积存