0引言

橄欖石結構的磷酸鐵鋰（LiFePO4）是鋰 離 子電池常用的正極材料，具 有 熱 穩 定 好、安 全 性 能高、循 環 壽 命 長、原材料來源廣泛、無 環 境 污 染等 優 點，是近年來被公認的最具發展潛力的鋰離子電池正極材料之一。隨著鋰離子電池應用市場需求的不斷擴大，磷酸鐵鋰合成工藝的不斷簡化及制備設備的不斷改進，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、生產批次間的穩定性等都直接影響電池的性 能，其濾餅洗滌與凈化過濾成為鋰離子電池正極材料生產線合成工藝中一個十分重要的環節。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、腐蝕性極強等因素，嚴重制約了磷酸鐵鋰懸浮液的凈化過濾設備設計選型。在早期的鋰離子電池正極材料生產線中，常選用轉鼓式真空過濾機、離 心 機、鋰電壓濾機、全自動立式隔膜壓濾機等過濾設備凈化過濾磷酸鐵鋰懸浮液。由于轉鼓式真空過濾機與離心機僅適用于流動性好、固 相 顆 粒≥0.01mm、濃度≥15%的懸浮液過濾脫水。廂式板框壓濾機存在濾餅洗滌效果差、磷酸鐵鋰純凈度低、濾餅水分高、主機防腐效果不理想、自 動 化 程 度 低、操 作 人員勞動強度大等缺點，在磷酸鐵鋰懸浮液凈化過濾行業逐漸被近年來應用優秀過濾技術和先進制造技術而研制成功的全自動立式隔膜壓濾機所替代。全自動立式隔膜壓濾機是基于低壓泵送入料過濾、高壓隔膜擠壓、濾餅洗滌及壓縮空氣吹風干燥過濾原理而設計制作的新型隔膜壓濾機，具有隔膜擠壓、濾餅洗滌及吹風干燥等功能，與廂式板框壓濾機相比，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、高溫環境中故障率高等缺點。因此，開發設計適合磷酸鐵鋰懸浮液凈化過濾及濾餅洗滌要求的具有隔膜擠壓、濾餅洗滌及吹風干燥等功能，且控制精準、高溫環境下運行穩定可靠、耐腐蝕能力強、濾餅洗滌效果理想、濾餅水分低、故障率低等特點的新型重防腐磷酸鐵鋰凈化過濾隔膜壓濾機，推動鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料凈化過濾設備的上檔升級和磷酸鐵鋰正極材料的產業化建設進程。

1主要技術特點磷酸鐵鋰凈化壓濾機是以滿足國內市場需求 為 導 向，充 分 借 鑒、吸收國外先進過濾技術，并結合多年研究制造壓濾機的經驗，針 對 磷 酸 鐵 鋰懸浮液的物料特性，利用低壓泵送入料過濾、高壓 隔 膜 擠 壓、濾餅洗滌及壓縮空氣吹風干燥的過濾 原 理，開發設計的具有自主知識產權、整 體 技術 先 進、高溫環境下運行穩定可靠、耐 腐 蝕 能 力強、濾布清洗與濾餅洗滌效果理想、濾 餅 水 分 低、自 動 化 程 度 高、故障率低等特點的新型重防腐廂式隔膜壓濾機。該壓濾機濾板組采用自主研發的內嵌橡膠隔膜的增強聚丙烯新型高壓全塑濾板結 構，具 有 強 度 高、化 學 性 穩 定、耐腐蝕能力強等優 點，并通過內置嵌入式橡膠隔膜技術，使 壓 濾機具有多次快速擠壓功能，將濾餅中殘余水分含量 降 至 最 低，在物料細且難洗滌、難 過 濾 的 領 域具有普通廂式壓濾機、真空過濾機等常規過濾設備難以替代的優越性能。同時磷酸鐵鋰凈化壓濾機 控 制 系 統 創 新 性 應 用HMI+PLC控制 技 術、感測 技 術、液壓傳動技術等，使 其 控 制 精 準、高 溫 環境下運行穩定可靠、故 障 率 低，實 現 壓 濾 機 工 作流程數字化運行。

2結構組成與工作原理

2.1結構組成磷酸鐵鋰凈化壓濾機主要由電控系統、液 壓系 統、油 缸 組 件、機 架 部 分、開 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 輔助 卸 料 裝 置、閥門及管路組件、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設計巧妙，機架采用前傳動空間框架結 構，結 構 緊 湊、防 護 簡 單，防 腐 措 施 容 易 實 現且防腐效果理想；采用內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；濾布采用懸掛式結構，可實現濾布快速更換，并設計有振動輔助卸料和濾布快速清洗裝置，使壓濾機更加適于在物料細、粘度大等領域物料的過濾脫水。

2.2工作原理磷酸鐵鋰凈化壓濾機控制系統采用PLC和觸摸屏技術，實現全自動參數化運行，壓濾機可根據不同物料的濃度、粒 度、黏度等特性而自行設定入料時間、擠壓時間、濾餅洗滌時間、排污時間、二次擠壓時間、吹風干燥時間及入料壓力等參數。控制系統設計了長、短程序兩種工作模式，實現壓濾機根據物料是否需要濾餅洗滌而設置壓濾機的工序動作。若需要濾餅洗滌時則選取長程序運 行，工 序 包 括 濾 板 快 速 合 攏、卡 板 鎖 緊、濾 板 合攏升壓及保壓、入料過濾、管路排污、隔膜擠壓、濾餅 洗 滌、二 次 隔 膜 擠 壓、吹 風 干 燥、壓 緊 板 壓 緊 合攏、卡 板 松 開 與 接 水 翻 板 打 開、濾 板 打 開 卸 料、振動卸料、接水翻板合攏、濾布清洗等十五個工序動作，工作流程如圖2。若物料不需進行濾餅洗滌時，則其按照短程序運行，其工序中則無濾餅洗滌與二次擠壓工序動作。

3壓濾機的設計與防腐壓濾 機 防 腐 的 目 的，在于防止壓濾機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，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，溫度高（約70°C），懸 浮 液 濃 度 低、腐 蝕 性 強，磷 酸 鐵鋰凈化壓濾機防腐性能要求極高，普 通 單 一 的 防腐措施難以滿足其使用要求。因 此，在 設 計 該 壓濾機時從防腐的角度來考慮各零部件的合理性，同時兼顧各零部件的機械強度、加 工 特 性 及 材料 成 本。

3.1濾板組采用高強度防腐結構濾板組是壓濾機的核心部件，其 由 橡 膠 隔 膜濾 板、過 濾 板、橡 膠 密 封 件、濾板把手和鏈板等零部 件 組 成，過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可變濾腔過濾單元。過濾板與隔膜濾板采用以聚丙烯為主料、添 加 適量增強復合物與改性劑形成的高強度、耐 強 腐 蝕的高分子塑料模壓成型，結 構 簡 單、強 度 高，化 學性 穩 定，耐 腐 蝕 能 力 強，可 實 現 在 多 種 強 腐 蝕 環境 中 的 應 用。濾 板 的 入 料 口、擠壓口及濾液口處套裝耐磨橡膠襯套，延長濾板使用壽命。

3.2主機部分防腐主機部分根據各零部件周圍介質的性能來正確地選擇適當的材料制作或采取合適的防腐措施防腐。

（1）壓濾機與磷酸鐵鋰懸浮液直接或間接接觸的零部件選用優質不銹鋼制作。根據零部件的使用環境選擇合適的耐腐蝕材料來制造零部件，自然可以達到防腐的目的。

（2）壓濾機各零部件，經脫 脂、除 銹 及 毛 化后，先采用達克羅技術制作一層具有高防腐性能的 鋅 鉻 膜，再根據各零部件的使用環境采取其他防腐措施進一步防腐處理。鋅鉻膜具有超常的耐腐 蝕 性、極 佳 的 耐 熱 性、較 高 的 附 著 強 度、良 好 的可再涂性及環保等優點，能夠有效抵抗高濃度氯離子的侵蝕。

（3）壓濾機主機框架各零部件內側面與端面制作 鋅 鉻 膜 后，再進行優質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行防腐的防腐效果，可 在 一 定程度上降低設備生產成本，但其僅適用于外形尺寸大、結構簡單、重量重的結構件防腐。

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

（5）壓濾機主機框架各零部件外側筋板表面制作鋅鉻涂層后，再進行噴涂重防腐漆防腐。這種重防腐漆主要由環氧、聚 氨 酯、聚 酯、烯 烴 聚 合物 組 成，不同的聚合物之間自交聯，互 穿 三 維 結構 成 網 絡，比 單 一 的 環 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，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 夾 管 閥，其過流元件為耐磨橡膠制作的橡膠閥套，密 封 性 好、啟 閉 靈 活，并將金屬質地的閥體與磷酸鐵鋰懸浮液隔離開，延長夾管閥體使用壽命。濾餅洗滌及吹風干燥選用氣動蝶閥，擠 壓 閥選 用 氣 動 球 閥，閥 體、閥 芯 均 選 用 優 質 不 銹 鋼 制作；各閥門啟閉控制用壓縮空氣管路選用耐腐蝕聚氨酯管路。

3.3濾布選用優質聚丙烯濾布濾布是磷酸鐵鋰凈化壓濾機的關鍵部件，其質量不僅決定著壓濾機過濾精度的高低和過濾效 果 的 好 壞，還直接影響壓濾機的生產效率及動力 消 耗。聚丙烯濾布具有極佳的耐酸、堿 及 強化劑 腐 蝕 能 力、優良的過濾特性和化學穩定性，其 表 面 光 滑、質 地 柔 軟、卸 渣 性 能 好，濾 布 清 洗、再 生 方 便，最高使用溫度可達110°C，且價 格 低廉。因 此，聚丙烯濾布是磷酸鐵鋰凈化壓濾機配套濾布的理想選擇。

4壓濾機的應用效果磷酸鐵鋰凈化壓濾機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 濾 速 度 快 等 優點。該壓濾機在國內某鋰離子電池正極材料生產線磷酸鐵鋰懸浮液的凈化過濾工序使用過程中，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、生產批次間穩定性均滿足磷酸鐵鋰生產需要。

4.1有效解決濾餅洗滌不徹底的難題磷酸鐵鋰凈化過濾后氯離子直接影響電池的 性 能，因此該壓濾機根據磷酸鐵鋰生產需要，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，先 將 濾 餅洗滌液經濾板下部濾液孔輸送至壓濾機濾腔內，對濾餅進行多次逆流洗滌，再將高壓清水經濾板頂部入料孔輸送至壓濾機濾腔內，對 濾 餅 再 次 進行均勻徹底的洗滌，將濾餅中氯離子含量減少至500PPM以下。該壓濾機通過其高效的濾餅洗滌，避免了濾餅松弛、龜 裂 等 問 題，解 決 了 濾 餅 洗 滌不徹底難題。

4.2整機防腐效果理想磷酸鐵鋰凈化壓濾機通過采用多種有效的防 腐 技 術，使其各零部件防腐滿足工況要求。過濾 板、隔膜濾板選用改性聚丙烯制作，化 學 性 穩定、耐 腐 蝕 能 力 強，使 用 壽 命 約8000小時；橡 膠隔膜選用優質橡膠制作，氣 密 性 好、強 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 整 機防腐效果理想。

4.3脫水效果良好磷酸鐵鋰凈化壓濾機采用隔膜擠壓和壓縮空氣吹風干燥技術，進一步降低濾餅水分，提 高壓濾機過濾效率，大幅縮短過濾周期，顯 著 增 大單機處理能力，節能效果明顯。

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

4.5系統配套穩定可靠，自動化程度高磷酸鐵鋰凈化壓濾機過濾系統配套設備如空 氣 壓 縮 機、儲 氣 罐、攪 拌 槽、皮 帶 運 輸 機、入 料泵等均選用成熟產品；氣 動 夾 管 閥、氣 動 蝶 閥、氣動球閥等較易損壞的設備均自主開發生產。該壓濾機過濾自鋰離子電池正極材料生產線投產以來，開 車 率90%以上，運 行 穩 定 可 靠，過 濾 效 果 理想。

5壓濾機的市場前景事實 證 明，磷酸鐵鋰凈化壓濾機自動化程度高、運 行 穩 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，濾餅 水 分≤28%，生產能力≥22.5kg/m2·h（干基）。過濾板、隔膜濾 板、橡膠隔膜等核心零部件的使用壽命長，整機防腐效果理想。因 此，磷酸鐵鋰凈化壓濾機有效解決了磷酸鐵鋰的濾餅洗滌與凈化過濾難題，為磷酸鐵鋰的產業化發展提供了便利，市 場 前 景廣闊。磷酸鐵鋰凈化壓濾機適于物料細、粘 度 大、難 洗 滌、難過濾等領域物料的過濾脫水，可 在 各種 礦 山 選 礦、尾 礦 干 排、化 學 制 藥、濕 法 冶 金、環保污水污泥廢酸處理等領域大規模推廣。

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