0引言

橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰（LiFePO4）是鋰 離 子電池常用的正極材料，具 有 熱 穩(wěn) 定 好、安 全 性 能高、循 環(huán) 壽 命 長(zhǎng)、原材料來(lái)源廣泛、無(wú) 環(huán) 境 污 染等 優(yōu) 點(diǎn)，是近年來(lái)被公認(rèn)的最具發(fā)展?jié)摿Φ匿囯x子電池正極材料之一。隨著鋰離子電池應(yīng)用市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大，磷酸鐵鋰合成工藝的不斷簡(jiǎn)化及制備設(shè)備的不斷改進(jìn)，使 其 成 功 商 品化。磷酸鐵鋰的物相均勻程度、純 凈 程 度、粉 體粒 徑、生產(chǎn)批次間的穩(wěn)定性等都直接影響電池的性 能，其濾餅洗滌與凈化過(guò)濾成為鋰離子電池正極材料生產(chǎn)線合成工藝中一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。由于該合成工藝中的磷酸鐵鋰懸浮液含有大量酸 性 離 子、pH=1~2、溫度 約70°C、懸浮 液 濃 度 低、腐蝕性極強(qiáng)等因素，嚴(yán)重制約了磷酸鐵鋰懸浮液的凈化過(guò)濾設(shè)備設(shè)計(jì)選型。在早期的鋰離子電池正極材料生產(chǎn)線中，常選用轉(zhuǎn)鼓式真空過(guò)濾機(jī)、離 心 機(jī)、鋰電壓濾機(jī)、全自動(dòng)立式隔膜壓濾機(jī)等過(guò)濾設(shè)備凈化過(guò)濾磷酸鐵鋰懸浮液。由于轉(zhuǎn)鼓式真空過(guò)濾機(jī)與離心機(jī)僅適用于流動(dòng)性好、固 相 顆 粒≥0.01mm、濃度≥15%的懸浮液過(guò)濾脫水。廂式板框壓濾機(jī)存在濾餅洗滌效果差、磷酸鐵鋰純凈度低、濾餅水分高、主機(jī)防腐效果不理想、自 動(dòng) 化 程 度 低、操 作 人員勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，在磷酸鐵鋰懸浮液凈化過(guò)濾行業(yè)逐漸被近年來(lái)應(yīng)用優(yōu)秀過(guò)濾技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)而研制成功的全自動(dòng)立式隔膜壓濾機(jī)所替代。全自動(dòng)立式隔膜壓濾機(jī)是基于低壓泵送入料過(guò)濾、高壓隔膜擠壓、濾餅洗滌及壓縮空氣吹風(fēng)干燥過(guò)濾原理而設(shè)計(jì)制作的新型隔膜壓濾機(jī)，具有隔膜擠壓、濾餅洗滌及吹風(fēng)干燥等功能，與廂式板框壓濾機(jī)相比，濾餅殘余水分更低、濾餅洗滌效果顯著提高，濾餅物相均勻程度、純凈程度等滿足鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的要求；但其存在濾布清洗效果不佳、濾布使用壽命短、高溫環(huán)境中故障率高等缺點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)適合磷酸鐵鋰懸浮液凈化過(guò)濾及濾餅洗滌要求的具有隔膜擠壓、濾餅洗滌及吹風(fēng)干燥等功能，且控制精準(zhǔn)、高溫環(huán)境下運(yùn)行穩(wěn)定可靠、耐腐蝕能力強(qiáng)、濾餅洗滌效果理想、濾餅水分低、故障率低等特點(diǎn)的新型重防腐磷酸鐵鋰凈化過(guò)濾隔膜壓濾機(jī)，推動(dòng)鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料凈化過(guò)濾設(shè)備的上檔升級(jí)和磷酸鐵鋰正極材料的產(chǎn)業(yè)化建設(shè)進(jìn)程。

1主要技術(shù)特點(diǎn)磷酸鐵鋰凈化壓濾機(jī)是以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求 為 導(dǎo) 向，充 分 借 鑒、吸收國(guó)外先進(jìn)過(guò)濾技術(shù)，并結(jié)合多年研究制造壓濾機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，針 對(duì) 磷 酸 鐵 鋰懸浮液的物料特性，利用低壓泵送入料過(guò)濾、高壓 隔 膜 擠 壓、濾餅洗滌及壓縮空氣吹風(fēng)干燥的過(guò)濾 原 理，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、整 體 技術(shù) 先 進(jìn)、高溫環(huán)境下運(yùn)行穩(wěn)定可靠、耐 腐 蝕 能 力強(qiáng)、濾布清洗與濾餅洗滌效果理想、濾 餅 水 分 低、自 動(dòng) 化 程 度 高、故障率低等特點(diǎn)的新型重防腐廂式隔膜壓濾機(jī)。該壓濾機(jī)濾板組采用自主研發(fā)的內(nèi)嵌橡膠隔膜的增強(qiáng)聚丙烯新型高壓全塑濾板結(jié) 構(gòu)，具 有 強(qiáng) 度 高、化 學(xué) 性 穩(wěn) 定、耐腐蝕能力強(qiáng)等優(yōu) 點(diǎn)，并通過(guò)內(nèi)置嵌入式橡膠隔膜技術(shù)，使 壓 濾機(jī)具有多次快速擠壓功能，將濾餅中殘余水分含量 降 至 最 低，在物料細(xì)且難洗滌、難 過(guò) 濾 的 領(lǐng) 域具有普通廂式壓濾機(jī)、真空過(guò)濾機(jī)等常規(guī)過(guò)濾設(shè)備難以替代的優(yōu)越性能。同時(shí)磷酸鐵鋰凈化壓濾機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 創(chuàng) 新 性 應(yīng) 用HMI+PLC控制 技 術(shù)、感測(cè) 技 術(shù)、液壓傳動(dòng)技術(shù)等，使 其 控 制 精 準(zhǔn)、高 溫 環(huán)境下運(yùn)行穩(wěn)定可靠、故 障 率 低，實(shí) 現(xiàn) 壓 濾 機(jī) 工 作流程數(shù)字化運(yùn)行。

2結(jié)構(gòu)組成與工作原理

2.1結(jié)構(gòu)組成磷酸鐵鋰凈化壓濾機(jī)主要由電控系統(tǒng)、液 壓系 統(tǒng)、油 缸 組 件、機(jī) 架 部 分、開(kāi) 框 組 件、濾 板 組 件、濾 布、接 水 翻 板 裝 置、濾 布 快 速 清 洗 裝 置、振 動(dòng) 輔助 卸 料 裝 置、閥門(mén)及管路組件、濾 布 清 洗 水 站、隔膜擠壓水站等部件共同組成，如圖1所示。

該filter press設(shè)計(jì)巧妙，機(jī)架采用前傳動(dòng)空間框架結(jié) 構(gòu)，結(jié) 構(gòu) 緊 湊、防 護(hù) 簡(jiǎn) 單，防 腐 措 施 容 易 實(shí) 現(xiàn)且防腐效果理想；采用內(nèi)嵌橡膠隔膜的改性聚丙烯 濾 板 組，具有濾餅洗滌和隔膜擠壓功能，且 耐酸、堿、鹽 腐 蝕 能 力 強(qiáng)；濾布采用懸掛式結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)濾布快速更換，并設(shè)計(jì)有振動(dòng)輔助卸料和濾布快速清洗裝置，使壓濾機(jī)更加適于在物料細(xì)、粘度大等領(lǐng)域物料的過(guò)濾脫水。

2.2工作原理磷酸鐵鋰凈化壓濾機(jī)控制系統(tǒng)采用PLC和觸摸屏技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)參數(shù)化運(yùn)行，壓濾機(jī)可根據(jù)不同物料的濃度、粒 度、黏度等特性而自行設(shè)定入料時(shí)間、擠壓時(shí)間、濾餅洗滌時(shí)間、排污時(shí)間、二次擠壓時(shí)間、吹風(fēng)干燥時(shí)間及入料壓力等參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)了長(zhǎng)、短程序兩種工作模式，實(shí)現(xiàn)壓濾機(jī)根據(jù)物料是否需要濾餅洗滌而設(shè)置壓濾機(jī)的工序動(dòng)作。若需要濾餅洗滌時(shí)則選取長(zhǎng)程序運(yùn) 行，工 序 包 括 濾 板 快 速 合 攏、卡 板 鎖 緊、濾 板 合攏升壓及保壓、入料過(guò)濾、管路排污、隔膜擠壓、濾餅 洗 滌、二 次 隔 膜 擠 壓、吹 風(fēng) 干 燥、壓 緊 板 壓 緊 合攏、卡 板 松 開(kāi) 與 接 水 翻 板 打 開(kāi)、濾 板 打 開(kāi) 卸 料、振動(dòng)卸料、接水翻板合攏、濾布清洗等十五個(gè)工序動(dòng)作，工作流程如圖2。若物料不需進(jìn)行濾餅洗滌時(shí)，則其按照短程序運(yùn)行，其工序中則無(wú)濾餅洗滌與二次擠壓工序動(dòng)作。

3壓濾機(jī)的設(shè)計(jì)與防腐壓濾 機(jī) 防 腐 的 目 的，在于防止壓濾機(jī)因零部件的腐蝕破壞而影響其使用壽命。由于磷酸鐵鋰懸浮液腐蝕性極強(qiáng)，含有大量氯離子（約8000mg/L）及其它酸性離子（如Fe3+：100mg/L、P：500mg/L、NH+4：4500 mg/L），pH=1~2，且粒 度 細(xì)，溫度高（約70°C），懸 浮 液 濃 度 低、腐 蝕 性 強(qiáng)，磷 酸 鐵鋰凈化壓濾機(jī)防腐性能要求極高，普 通 單 一 的 防腐措施難以滿足其使用要求。因 此，在 設(shè) 計(jì) 該 壓濾機(jī)時(shí)從防腐的角度來(lái)考慮各零部件的合理性，同時(shí)兼顧各零部件的機(jī)械強(qiáng)度、加 工 特 性 及 材料 成 本。

3.1濾板組采用高強(qiáng)度防腐結(jié)構(gòu)濾板組是壓濾機(jī)的核心部件，其 由 橡 膠 隔 膜濾 板、過(guò) 濾 板、橡 膠 密 封 件、濾板把手和鏈板等零部 件 組 成，過(guò)濾板與隔膜濾板依次相間垂直放置，與濾布共同組成壓濾機(jī)可變?yōu)V腔過(guò)濾單元。過(guò)濾板與隔膜濾板采用以聚丙烯為主料、添 加 適量增強(qiáng)復(fù)合物與改性劑形成的高強(qiáng)度、耐 強(qiáng) 腐 蝕的高分子塑料模壓成型，結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單、強(qiáng) 度 高，化 學(xué)性 穩(wěn) 定，耐 腐 蝕 能 力 強(qiáng)，可 實(shí) 現(xiàn) 在 多 種 強(qiáng) 腐 蝕 環(huán)境 中 的 應(yīng) 用。濾 板 的 入 料 口、擠壓口及濾液口處套裝耐磨橡膠襯套，延長(zhǎng)濾板使用壽命。

3.2主機(jī)部分防腐主機(jī)部分根據(jù)各零部件周?chē)橘|(zhì)的性能來(lái)正確地選擇適當(dāng)?shù)牟牧现谱骰虿扇『线m的防腐措施防腐。

（1）壓濾機(jī)與磷酸鐵鋰懸浮液直接或間接接觸的零部件選用優(yōu)質(zhì)不銹鋼制作。根據(jù)零部件的使用環(huán)境選擇合適的耐腐蝕材料來(lái)制造零部件，自然可以達(dá)到防腐的目的。

（2）壓濾機(jī)各零部件，經(jīng)脫 脂、除 銹 及 毛 化后，先采用達(dá)克羅技術(shù)制作一層具有高防腐性能的 鋅 鉻 膜，再根據(jù)各零部件的使用環(huán)境采取其他防腐措施進(jìn)一步防腐處理。鋅鉻膜具有超常的耐腐 蝕 性、極 佳 的 耐 熱 性、較 高 的 附 著 強(qiáng) 度、良 好 的可再涂性及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效抵抗高濃度氯離子的侵蝕。

（3）壓濾機(jī)主機(jī)框架各零部件內(nèi)側(cè)面與端面制作 鋅 鉻 膜 后，再進(jìn)行優(yōu)質(zhì)不銹鋼薄板包覆防腐。不銹鋼薄板包覆防腐效果僅次于選用不銹鋼材料制作零部件進(jìn)行防腐的防腐效果，可 在 一 定程度上降低設(shè)備生產(chǎn)成本，但其僅適用于外形尺寸大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量重的結(jié)構(gòu)件防腐。

（4）壓濾機(jī)主機(jī)框架各零部件外側(cè)面制作鋅鉻膜 后，再 進(jìn) 行 玻 璃 鋼 包 覆 防 腐。玻 璃 鋼 包 覆 對(duì)設(shè)備的防護(hù)作用比涂層有很大的提高，其 通 過(guò) 樹(shù)脂膠粘劑的粘合、固 化 作 用，來(lái) 覆 蓋 被 保 護(hù) 設(shè) 備的 表 面；與 涂 料 相 比，增加了玻璃纖維的增強(qiáng)，提高覆蓋層的厚度，改善覆蓋層的物理機(jī)械性能。

（5）壓濾機(jī)主機(jī)框架各零部件外側(cè)筋板表面制作鋅鉻涂層后，再進(jìn)行噴涂重防腐漆防腐。這種重防腐漆主要由環(huán)氧、聚 氨 酯、聚 酯、烯 烴 聚 合物 組 成，不同的聚合物之間自交聯(lián)，互 穿 三 維 結(jié)構(gòu) 成 網(wǎng) 絡(luò)，比 單 一 的 環(huán) 氧、聚 氨 酯 或 烯 烴 類 聚 合物的性能成倍地提高，其 耐 酸、堿、鹽 等 腐 蝕 性 能強(qiáng)，抗沖磨、耐水解、耐老化性能好。

（6）入料 閥、管 路 排 污 閥、濾餅洗滌等選用氣動(dòng) 夾 管 閥，其過(guò)流元件為耐磨橡膠制作的橡膠閥套，密 封 性 好、啟 閉 靈 活，并將金屬質(zhì)地的閥體與磷酸鐵鋰懸浮液隔離開(kāi)，延長(zhǎng)夾管閥體使用壽命。濾餅洗滌及吹風(fēng)干燥選用氣動(dòng)蝶閥，擠 壓 閥選 用 氣 動(dòng) 球 閥，閥 體、閥 芯 均 選 用 優(yōu) 質(zhì) 不 銹 鋼 制作；各閥門(mén)啟閉控制用壓縮空氣管路選用耐腐蝕聚氨酯管路。

3.3濾布選用優(yōu)質(zhì)聚丙烯濾布濾布是磷酸鐵鋰凈化壓濾機(jī)的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量不僅決定著壓濾機(jī)過(guò)濾精度的高低和過(guò)濾效 果 的 好 壞，還直接影響壓濾機(jī)的生產(chǎn)效率及動(dòng)力 消 耗。聚丙烯濾布具有極佳的耐酸、堿 及 強(qiáng)化劑 腐 蝕 能 力、優(yōu)良的過(guò)濾特性和化學(xué)穩(wěn)定性，其 表 面 光 滑、質(zhì) 地 柔 軟、卸 渣 性 能 好，濾 布 清 洗、再 生 方 便，最高使用溫度可達(dá)110°C，且價(jià) 格 低廉。因 此，聚丙烯濾布是磷酸鐵鋰凈化壓濾機(jī)配套濾布的理想選擇。

4壓濾機(jī)的應(yīng)用效果磷酸鐵鋰凈化壓濾機(jī)配套組裝式高壓橡膠隔 膜 濾 板 組，具有耐高溫高壓、防腐及密封性好、濾 餅 脫 水 率 高、洗 滌 均 勻 徹 底、過(guò) 濾 速 度 快 等 優(yōu)點(diǎn)。該壓濾機(jī)在國(guó)內(nèi)某鋰離子電池正極材料生產(chǎn)線磷酸鐵鋰懸浮液的凈化過(guò)濾工序使用過(guò)程中，濾液水透明略微淺綠，固 含 量 較 低，濾 布 清 洗 徹底，濾 餅 卸 料 干 凈、洗 滌 與 脫 水 效 果 良 好，濾 餅 純凈 程 度、生產(chǎn)批次間穩(wěn)定性均滿足磷酸鐵鋰生產(chǎn)需要。

4.1有效解決濾餅洗滌不徹底的難題磷酸鐵鋰凈化過(guò)濾后氯離子直接影響電池的 性 能，因此該壓濾機(jī)根據(jù)磷酸鐵鋰生產(chǎn)需要，將濾板組入料孔布置在濾板上部邊緣處，濾 液 孔布置在濾板四角邊緣處。濾 餅 洗 滌 時(shí)，先 將 濾 餅洗滌液經(jīng)濾板下部濾液孔輸送至壓濾機(jī)濾腔內(nèi)，對(duì)濾餅進(jìn)行多次逆流洗滌，再將高壓清水經(jīng)濾板頂部入料孔輸送至壓濾機(jī)濾腔內(nèi)，對(duì) 濾 餅 再 次 進(jìn)行均勻徹底的洗滌，將濾餅中氯離子含量減少至500PPM以下。該壓濾機(jī)通過(guò)其高效的濾餅洗滌，避免了濾餅松弛、龜 裂 等 問(wèn) 題，解 決 了 濾 餅 洗 滌不徹底難題。

4.2整機(jī)防腐效果理想磷酸鐵鋰凈化壓濾機(jī)通過(guò)采用多種有效的防 腐 技 術(shù)，使其各零部件防腐滿足工況要求。過(guò)濾 板、隔膜濾板選用改性聚丙烯制作，化 學(xué) 性 穩(wěn)定、耐 腐 蝕 能 力 強(qiáng)，使 用 壽 命 約8000小時(shí)；橡 膠隔膜選用優(yōu)質(zhì)橡膠制作，氣 密 性 好、強(qiáng) 度 高、抗 老化，耐酸、堿腐蝕性能極佳，使用壽命在20000次以上；不銹鋼材質(zhì)零部件、包 覆 不 銹 鋼 薄 板 及 玻璃鋼防腐零部件、噴涂重防腐漆零部件等的防腐性能滿足磷酸鐵鋰懸浮液工況要求，壓 濾 機(jī) 整 機(jī)防腐效果理想。

4.3脫水效果良好磷酸鐵鋰凈化壓濾機(jī)采用隔膜擠壓和壓縮空氣吹風(fēng)干燥技術(shù)，進(jìn)一步降低濾餅水分，提 高壓濾機(jī)過(guò)濾效率，大幅縮短過(guò)濾周期，顯 著 增 大單機(jī)處理能力，節(jié)能效果明顯。

4.4有效解決濾布清洗問(wèn)題磷酸鐵鋰凈化壓濾機(jī)采用高壓水噴淋嘴式濾 布 清 洗 技 術(shù)，清洗噴嘴噴射出來(lái)的清洗水呈平面 扇 形，對(duì)濾布進(jìn)行多角度、快 速、高 效 的 噴 射 清洗，清洗效果好。

4.5系統(tǒng)配套穩(wěn)定可靠，自動(dòng)化程度高磷酸鐵鋰凈化壓濾機(jī)過(guò)濾系統(tǒng)配套設(shè)備如空 氣 壓 縮 機(jī)、儲(chǔ) 氣 罐、攪 拌 槽、皮 帶 運(yùn) 輸 機(jī)、入 料泵等均選用成熟產(chǎn)品；氣 動(dòng) 夾 管 閥、氣 動(dòng) 蝶 閥、氣動(dòng)球閥等較易損壞的設(shè)備均自主開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。該壓濾機(jī)過(guò)濾自鋰離子電池正極材料生產(chǎn)線投產(chǎn)以來(lái)，開(kāi) 車(chē) 率90%以上，運(yùn) 行 穩(wěn) 定 可 靠，過(guò) 濾 效 果 理想。

5壓濾機(jī)的市場(chǎng)前景事實(shí) 證 明，磷酸鐵鋰凈化壓濾機(jī)自動(dòng)化程度高、運(yùn) 行 穩(wěn) 定 可 靠，故 障 率 低，濾餅洗滌與脫水效果 良 好，在 濾 餅 厚 度 為25mm時(shí)，濾餅 水 分≤28%，生產(chǎn)能力≥22.5kg/m2·h（干基）。過(guò)濾板、隔膜濾 板、橡膠隔膜等核心零部件的使用壽命長(zhǎng)，整機(jī)防腐效果理想。因 此，磷酸鐵鋰凈化壓濾機(jī)有效解決了磷酸鐵鋰的濾餅洗滌與凈化過(guò)濾難題，為磷酸鐵鋰的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了便利，市 場(chǎng) 前 景廣闊。磷酸鐵鋰凈化壓濾機(jī)適于物料細(xì)、粘 度 大、難 洗 滌、難過(guò)濾等領(lǐng)域物料的過(guò)濾脫水，可 在 各種 礦 山 選 礦、尾 礦 干 排、化 學(xué) 制 藥、濕 法 冶 金、環(huán)保污水污泥廢酸處理等領(lǐng)域大規(guī)模推廣。

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