何 清，凌以峰，王红光，王世武

（云南文山铝业有限公司，云南 文山 663000）

立式叶滤机因其具有自动化程度高、过滤效率好、滤饼固含可控、维护量小、劳动强度低、操作方便及技术成熟等优点广泛用于氧化铝生产粗液精制工艺过程中[1]。立式叶滤机在运行过程中需保证叶滤机产能方能确保生产液量稳定通过。但在实际生产中，时常发生过滤产能波动给正常生产运行带来很大的困扰。

在生产实践过程中可通过优化叶滤机流道、与之配套使用的粗液泵性能参数、石灰乳添加配比几个方面的不利因素来提高叶滤机产能。

1 粗液精制工艺简介

1.1 工艺流程

从分离沉降槽送来的分离溢流（浮游物≤0.2 g/L）进入粗液精制工序中的粗液槽中，在粗液中通过加入一定比例的石灰乳作为助滤剂。石灰乳由石灰制备工序送至粗液精制工序中的石灰乳槽，然后由石灰乳泵计量后输送至粗液槽中充分搅拌混合。含石灰乳（助滤剂）的粗液通过粗液泵输送至立式叶滤机中加压过滤，经过滤除去溶液中的绝大部分浮游物，生产出合格的精液[2]。流程见图1所示。

图1 粗液精制工艺流程图Fig.1 Process flow chart of crude liquid purification

1.2 设备简介

粗液精制工艺中共使用6台立式叶滤机，其中一期使用4台均来自德国高德福林的进口叶滤机，过滤面积为377 m2。二期使用2台叶滤机，过滤面积为454 m2。

立式叶滤机特点及结构组成：立式叶滤机自动化程度高[3]、结构简单、操作维护方便，主要由筒体、过滤元件（流道、滤布、集液管及过滤附件）、高位槽、管道、手动阀门、气动阀门（进料、循环、卸压、水平、卸泥）、附属仪表、安全保护装置和自控系统组成[4]，见图2所示。

图2 立式叶滤机结构组成示意图Fig.2 Structural composition schematic diagram of vertical leaf filter

工作原理：立式叶滤机运行周期全过程采用计算机实现远程自动化控制，每个运行周期主要由进料循环挂泥、生产合格精液及卸泥三个过程组成[5]。在粗液泵提供一定压力下，进入叶滤机筒内的溶液通过过滤滤饼层滤除绝大部分杂质即制成合格的精液，然后精液沿导流管流入集液管，最后进入机筒外部的精液总管汇入精液槽，滤渣在滤布外部形成滤饼，在每个运行周期结束时通过卸泥气动阀排入滤饼槽。

进料循环挂泥过程：叶滤机开始过滤时，进料气动阀和循环气动阀自动开启，卸泥气动、卸压气动阀、水平气动阀自动关闭。循环挂泥过程开始时，粗液槽内的粗液由粗液泵送入机筒内开始进料挂泥，石灰乳与粗液介质反应生成的助滤剂逐步在滤布表面截留形成过滤层[6]。循环挂泥过程持续时间5 min，在此过程中通过滤层产生的滤液为浑浊的溶液（粗液）通过循环管路返回粗液槽内。

生产合格精液过程：随着循环挂泥过程的结束，滤布表面已形成一定厚度的过滤介质层。循环挂泥过程结束后，通过过滤层的滤液由浑变清产生合格的精液，此时循环气动阀自动关闭，产生的合格精液通过管路进入精液槽内，叶滤机进入生产合格精液过程，此过程持续时间50 min。

卸泥过程：随着生产合格精液过程的持续进行，滤布表面的过滤层越来越厚，叶滤机运行压力逐渐升高和产能逐渐降低。当生产合格精液过程结束时，进料气动阀自动关闭并停止进料，卸压及水平气动阀自动开启，依次执行卸压和平衡液位后关闭，开始进入卸泥过程，此时卸泥气动阀自动开启，通过高位槽内的滤液反冲，将各过滤元件上的滤饼脱离滤布通过卸泥管路进入滤饼槽内[7]。

当卸泥过程完成后叶滤机进入新一轮运转周期。叶滤机工作原理见图3所示。

图3 叶滤机工作原理图Fig.3 Working principle of leaf filter

2 影响立式叶滤机运行产能的相关因素

2.1 叶滤机流道

叶滤机采用6通道条式流道，长度3 m，材质为不锈钢304L，流道宽度为80 mm，流槽宽度为8 mm，厚度为0.5 mm，每台叶滤机含有702块流道。

在生产实践中，叶滤机通常在（0.16～0.2）MPa的压力范围内运行，频繁发生流道变形导致流槽变窄的状况：使用半年后流道宽度由8 mm降至（1～5）mm，叶滤机产能也明显降低。给正常生产的液量通过带来很大的困扰，在实际生产中为保障液量通过不得不增加叶滤机运行数量，因此造成生产运行成本升高。

2.2 离心泵参数选型

粗液泵流量选型相关的因素：叶滤机过滤面积为377 m2，平均过滤能力为2.0 m3/（h·m2），即过滤能力为（1.5～2.5）m3/（h·m2）。粗液泵选用额定流量为650 m3/h，不能满足叶滤机的最大产能。根据数据计算，粗液泵流量选择应大于750 m3/h方能达到叶滤机平均过滤产能，并与之配套使用。

粗液泵扬程选型相关的因素：粗液泵至叶滤机进口的高差15 m，粗液密度为1.25 g/ml，叶滤机在正常运行压力为（0.16～0.2） MPa。粗液泵选用扬程为65 m，不符合实际生产需求。实际生产中为了确保叶滤机压力在正常状态下运行，粗液泵的频率只能控制在80%左右运行，不能达到满负荷运行条件的要求。

2.3 石灰乳配比

叶滤机过滤介质浮游物中主要是悬浮的细赤泥粒子，并含有少量的絮凝剂。悬浮的细赤泥粒子和较高粘度的高分子絮凝剂易覆盖在滤布和滤饼空隙中，堵塞过滤孔隙，从而影响叶滤机过滤产能。为了改善叶滤机过滤性能，通过添加石灰乳在滤布表面形成疏松多孔的滤饼层，使过滤层有着较低的流动阻力从而提高粗液的通过性。

在生产中石灰乳添加方式、活化配合比、活化时间是导致叶滤机产能降低运行压力升高及石灰乳消耗量高的主要因素。各类不良因素常造成叶滤机产能低和运行压力过高（经常出现高达0.25 MPa的运行压力）。在氧化铝生产中，石灰乳添加配比不合理常造成产能波动，同时运行压力升高不利于液量通过和指标控制。

3 采取的改进措施

3.1 流道的改进

流道的强度和耐腐蚀对叶滤机产能有较大的影响，因此要围绕这两种因素进行改进。措施有：①材质的改进。材质由不锈钢304材质改为不锈钢316材质，不锈钢316较不锈钢304具有高温强度高及预防晶间腐蚀的优点，能够更好的满足碱性环境要求；②厚度的改进。厚度由0.5 mm增加至0.8 mm，提高流道强度；③流道深度的改进。深度由10 mm增加至12 mm，有效地提高滤液通过空间。

3.2 粗液泵参数的改进

叶滤机型号确定后应对粗液泵的性能参数（流量和扬程）进行计算确定，确保粗液泵的性能参数与叶滤机技术参数相匹配。其中性能参数的改进：①流量的选定。通过叶滤机设计产能可确定粗液泵的流量应大于750 m3/h，将粗液泵流量由650 m3/h提高至825 m3/h；②扬程的选定。将粗液泵扬程由65 m降低至48 m。

3.3 石灰乳添加配比

粗液在精制过程中通过添加石灰乳助滤来提高过滤效率及过滤质量[8]。因此石灰乳配比确定的合理与否不仅影响叶滤机的产能同时也增加石灰乳的消耗量。在实际生产中应通过可靠的生产数据分析得出合理的添加比例，方能确保叶滤机产能同时又减少石灰乳的消耗量。

在实际生产中根据石灰乳质量、叶滤机运行压力及产能确定石灰乳添加配比为7‰～10‰，使叶滤机保持良好的运行状态。

4 实施效果

4.1 流道改进

实施效果数据见表1。

表1 流道改进前后立式叶滤机产能对比Tab.1 Comparison on yield of vertical leaf filter before and after flow channel improvement

从表1生产数据和图4中看出流道改进后叶滤机产能得到明显改善，改进后的流道发生变形较小，对叶滤机产能的影响也较小，取得了较好的效果。因此流道材质和厚度的选择对叶滤机运行产能有重要影响。

图4 改进前后流道对比Fig.4 Comparison on flow channel before and after improvement

4.2 粗液泵性能参数的改进

改进前后产能数据见表2。

表2 泵参数改进前后叶滤机产能对比Tab.2 Comparison on yield of leaf filter before and after pump parameters improvement

从表2中生产数据看出，喂料泵改进后叶滤机产能提高较为明显，平均产能提高约50 m3/h。因此在叶滤机型号确定之后与之配套使用的粗液泵性能参数的确定对立式叶滤机产能的提高有重要影响。

4.3 石灰乳配比

添加不同配比叶滤机产能数据见表3。

表3 叶滤机不同石灰乳配比的叶滤机产能Tab.3 Yield of leaf filter with different calcium hydroxide proportion

从表3看出，当石灰乳配比为6‰时，浮游物虽然合格但叶滤机产能相对较低，配比为7‰-11‰既能得到较好的叶滤机产能又能保证过滤后的精液浮游物指标的稳定性。因此石灰乳配比是影响叶滤机产能的重要因素之一。在氧化铝生产过程中需适时分析石灰乳添加配比对叶滤机产能的影响，并根据生产变化情况（石灰乳固含及有效钙成分） 及时准确调整石灰乳添加配比，石灰乳配比应作为立式叶滤机控制的动态调整参数。

5 结语

在氧化铝生产中，改进流道的物理强度和耐腐蚀性、喂料泵性能参数及石灰乳添加配比是提高立式叶滤机的有效手段。当然影响叶滤机运行产能还有其它方面的因素，如叶滤机运行周期时间的确定、作为助滤剂石灰乳活化时间的确定及滤布材质和孔隙的确定等。在实际生产中应对生产实践数据加以分析总结，找出问题并采取针对性改进措施来逐步消除不利因素。

1）改进后叶滤机平均台时产能达到了约560 m3/h，较改进前台时产能400 m3/h提高了160 m3/h；

2） 生产通过液量为1 700 m3/h时，减少叶滤机投用数量1台，既降低了叶滤机使用产生的费用，又给叶滤机碱洗维护创造了生产便利条件，从而保障生产稳定运行。