1.前言

Plate and frame filter press是重要的固液分離設(shè)備，廣泛用于冶金、煤炭、有色等行業(yè)，隨著板框壓濾機(jī)技術(shù)不斷改正，板框壓濾機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域得到不斷拓寬，尤其自動(dòng)化在板框壓濾機(jī)中的應(yīng)用，自動(dòng)化板框壓濾機(jī)在精細(xì)化工領(lǐng)域得到廣泛使用，強(qiáng)化板框壓濾機(jī)洗滌除雜功能。

鋰離子電池作為電動(dòng)汽車(chē)首選材料之一，過(guò)濾洗滌是很重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，過(guò)程中對(duì)異物控制要求嚴(yán)格，常規(guī)過(guò)濾洗滌設(shè)備實(shí)際操作過(guò)程中存在著眾多的人為因素，很難滿(mǎn)足鋰電池材料對(duì)雜質(zhì)及異物要求，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，為我們提供了完備的技術(shù)手段，通過(guò)PLC微機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)， 可將板框壓濾機(jī)過(guò)濾洗滌質(zhì)量及管理水平提到一個(gè)新高度。自動(dòng)化板框壓濾機(jī)具有效率高、自動(dòng)化程度高、密閉操作等優(yōu)勢(shì)，目前在鋰離子電池材料過(guò)濾洗滌領(lǐng)域得到普遍使用。

2.工藝方案

設(shè)備選擇

電池材料基于本身特點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品要求嚴(yán)格，尤其是對(duì)雜質(zhì)、異物、物料洗滌一致性、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，所以對(duì)設(shè)備及工藝的選擇尤為重要，目前在鋰電行業(yè)中應(yīng)用于產(chǎn)品洗滌的設(shè)備較多，如離心機(jī)、三合一設(shè)備、帶式過(guò)濾機(jī)、板框壓濾機(jī)、圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)等等，但目前國(guó)內(nèi)電池材料行業(yè)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的為離心機(jī)，離心機(jī)具有效率高，分離因數(shù)大從而廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中，但是隨著小粒度產(chǎn)品及異物控制要求提高，對(duì)洗滌出料設(shè)備提出更高要求，全自動(dòng)板框壓濾機(jī)優(yōu)化后，對(duì)小粒度物料的適應(yīng)性得到明顯的提高，對(duì)異物的控制更有利，從而我司在生產(chǎn)過(guò)程中，選擇全自動(dòng)板框壓濾機(jī)進(jìn)行電池材料洗滌出料，表1為不同過(guò)濾設(shè)備參數(shù)對(duì)比表。

sports event	離心機(jī)	三合一設(shè)備	帶式過(guò)濾機(jī)	圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)	Plate and frame filter press
尺寸	φ1250	5m3	20m2	φ2500	80m2

處理量kg/批	350	600	1500	400	1600
出料周期	3.5	8	12	8	5.5
占地面積 （m2）	10	12	64	10	30
控制形式	自動(dòng)	半自動(dòng)	半自動(dòng)	手動(dòng)	自動(dòng)
固液分離形式	離心	正壓	真空	真空	正壓
物料水分 （）	≤10	≤20	≤15	≤15	≤8
異物控制風(fēng)險(xiǎn)	your (honorific)	your (honorific)	your (honorific)	lower (one's head)	lower (one's head)

表1 不同過(guò)濾設(shè)備參數(shù)對(duì)比表

從表格各參數(shù)對(duì)比可以看出：板框壓濾機(jī)及離心機(jī)綜合效率高，為了降低異物控制風(fēng)險(xiǎn)，最終選型為全自動(dòng)板框壓濾機(jī)。

(2)?工藝設(shè)備要求

①設(shè)計(jì)產(chǎn)能要求：1.6t/批；②出料時(shí)間：6.5h/批；③ 物料水分：≤8.0%；④母液電導(dǎo)率：≤10us/cm。 ???????3.工作原理及實(shí)驗(yàn)

(1)?結(jié)構(gòu)性能

自動(dòng)板框壓濾機(jī)將機(jī)電自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于板框壓濾機(jī)中，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制自動(dòng)化，大大降低了勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)效率，自動(dòng)板框壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)租車(chē)：板框機(jī)架、板框自動(dòng)拉板系統(tǒng)、過(guò)濾板、頂緊液壓系統(tǒng)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)。廂式自動(dòng)壓濾機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

(2)?工作原理

板框壓濾機(jī)工作時(shí)，含固體料漿用泵經(jīng)料漿通道進(jìn)入過(guò)濾板框中，固體料漿在壓力的推動(dòng)下濾液透過(guò)濾布進(jìn)入濾液收集管道中，固體被濾布截留留在板框中形成濾餅，濾餅充滿(mǎn)濾框后，即停止過(guò)濾。壓濾完成后進(jìn)行進(jìn)氣殘留水吹干，然后開(kāi)始進(jìn)入洗滌階段、洗滌分為正洗、反洗兩種方式，洗滌完成后進(jìn)行吹干，洗滌結(jié)束后，松開(kāi)滑動(dòng)機(jī)頭并將板框拉開(kāi)，卸出濾餅，清洗濾布，整理板、框，重新裝合，進(jìn)行另一個(gè)操作循環(huán)。自動(dòng)板框壓濾機(jī)在電池材料中主要應(yīng)用于產(chǎn)品洗滌出料，將沉淀反應(yīng)的合格品經(jīng)過(guò)洗滌吹干后進(jìn)行烘干。

(1)?實(shí)驗(yàn)方法

合格料漿通過(guò)隔膜泵泵入全自動(dòng)板框壓濾機(jī)中，通過(guò)料漿中固含量計(jì)算泵入料漿體積，打料完成后，通過(guò)殘留水吹干，洗滌，吹干等程序完成物料出料，進(jìn)入烘干過(guò)篩工序， 得到合格產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別對(duì)殘留水吹干時(shí)間、洗滌時(shí)間、洗滌次數(shù)、吹干時(shí)間、吹干次數(shù)進(jìn)行考察，驗(yàn)證了工藝條件對(duì)物料水分含量的影響。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

殘留水吹干時(shí)間對(duì)洗滌效果的影響

打料完成后，板框內(nèi)的物料含有大量的殘留水，不同殘留水的吹干時(shí)間對(duì)鎳鈷錳材料雜質(zhì)含量影響較大，殘留水的吹干變得尤為重要，為了減輕后續(xù)工序洗滌過(guò)程中的壓力， 料漿進(jìn)料完成后需進(jìn)行殘留水吹干程序。殘留水吹干時(shí)間直接影響洗滌效果。

殘留水吹干時(shí)間（min）	0	5	10	15	20
S/ppm	1757	1648	1623	1608	1597
Na/ppm	264	165	148	134	126

(1)?洗滌時(shí)間對(duì)產(chǎn)品雜質(zhì)影響

不同洗滌時(shí)間對(duì)多元前驅(qū)體材料雜質(zhì)含量影響較大。洗滌時(shí)間直接影響產(chǎn)品雜質(zhì)最終結(jié)果，本文考察了不同洗滌時(shí)間對(duì)多元前驅(qū)體雜質(zhì)影響，具體結(jié)果見(jiàn)表3。

洗滌時(shí)間（min）	60	120	180	240	300
S/ppm	2357	1685	1653	1628	1585
Na/ppm	560	165	128	118	108

(1)?洗滌次數(shù)對(duì)多元前驅(qū)體雜質(zhì)影響

在相同洗滌時(shí)間，不同的洗滌次數(shù)可以改善多元前驅(qū)體材料雜質(zhì)含量。不同的洗滌次數(shù)直接影響產(chǎn)品雜質(zhì)最終結(jié)果，為了驗(yàn)證少量多次的洗滌方式對(duì)多元前驅(qū)體雜質(zhì)影響， 在相同條件下，考察不同次數(shù)洗滌后，多元前驅(qū)體的雜質(zhì)數(shù)據(jù)，具體結(jié)果見(jiàn)表4。

洗滌次數(shù)（min）	1	2	3	4	5
S/ppm	2297	1785	1703	1648	1615
Na/ppm	480	265	188	128	118

(1)?吹干時(shí)間對(duì)多元前驅(qū)體水分的影響

水分在多元前驅(qū)體烘干中為一個(gè)重要指標(biāo)，水分越高， 烘干時(shí)間需較長(zhǎng)，為了提高多元前驅(qū)體烘干效率，洗滌后產(chǎn)品水分越低對(duì)提高生產(chǎn)效率是有利的，同時(shí)也可以最大程度降低雜質(zhì)含量，空壓氣在恒定條件下，吹干時(shí)間對(duì)水分影響最為關(guān)鍵，而不同吹干時(shí)間對(duì)多元前驅(qū)體水分含量影響較大。考察了不同吹干時(shí)間對(duì)多元前驅(qū)體水分影響，具體結(jié)果見(jiàn)表5。

吹干時(shí)間（min）	60	90	120	180	240
H O/? 2	18.4	11.2	8.4	7.8	7.2

5.自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化

自動(dòng)板框壓濾機(jī)在各冶金、化工、污水處理等行業(yè)應(yīng)用廣泛，但在鋰電材料行業(yè)，真正應(yīng)用產(chǎn)品領(lǐng)域除日本和韓國(guó)等外，國(guó)內(nèi)目前均未實(shí)現(xiàn)普及，在精細(xì)化產(chǎn)品中，自動(dòng)板框壓濾機(jī)應(yīng)用成熟度不夠，主要體現(xiàn)在洗滌工藝與產(chǎn)品物料性質(zhì)的匹配性，尤其在鋰電電池行業(yè)應(yīng)用于產(chǎn)品洗滌的更少， 為了解決自動(dòng)板框壓濾機(jī)對(duì)多元前驅(qū)體洗滌效果，從而對(duì)自動(dòng)板框壓濾機(jī)洗滌，吹氣工藝進(jìn)行優(yōu)化。

(1)?壓榨工藝優(yōu)化

增加殘留水吹干為了盡可能降低多元前驅(qū)體壓濾后母液殘留量，增加殘留水吹干工序，使洗滌前物料母液殘留量減少至最少，從而提高洗滌效率。

(2)?洗滌工藝優(yōu)化

洗滌采用間斷多次洗滌模式。為了提高洗滌效率，避免洗滌短路現(xiàn)象發(fā)生，洗滌工藝由常規(guī)一次洗滌模式，優(yōu)化成15秒一組洗停組合，反復(fù)重復(fù)洗滌組合直到一次洗滌完成， 洗滌過(guò)程按正洗和反洗交替進(jìn)行，直到洗滌合格，整個(gè)過(guò)程全部采用PLC程序化自動(dòng)控制。

(3)?吹干工藝優(yōu)化

吹干采用間斷多次吹干模式。為了提高吹干效率，避免吹干短路現(xiàn)象發(fā)生，吹干工藝由常規(guī)一次吹干模式，優(yōu)化成15秒一組吹停組合，反復(fù)重復(fù)吹停組合直到一次吹干完成， 吹干過(guò)程按正吹和反吹交替進(jìn)行，直到吹干合格，整個(gè)過(guò)程全部采用PLC程序化自動(dòng)控制。

(4)?材質(zhì)優(yōu)化

材質(zhì)優(yōu)化為不銹鋼或非金屬材質(zhì)。為了最大程度減少金屬磁性異物的帶入產(chǎn)品，板框設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡可能的采用非金屬材料，無(wú)法滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，全部采用非磁性不銹鋼材質(zhì)，從而減少了金屬磁性異物帶入的可能。

6.結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別對(duì)殘留水吹干時(shí)間、洗滌時(shí)間、洗滌次數(shù)、吹干時(shí)間、吹干次數(shù)進(jìn)行考察，驗(yàn)證了工藝條件對(duì)物料雜質(zhì)、水分含量的影響；完成了對(duì)板框壓濾機(jī)自動(dòng)控制優(yōu)化，最大程度的提高板框壓濾機(jī)洗滌吹干效果；通過(guò)對(duì)板框壓濾機(jī)材質(zhì)設(shè)計(jì)選型，使用過(guò)程中降低板框壓濾機(jī)帶入磁性異物的風(fēng)險(xiǎn)。全自動(dòng)板框壓濾機(jī)在鋰電行業(yè)的應(yīng)用為國(guó)內(nèi)最早工業(yè)化應(yīng)用案例，為后期大規(guī)模使用提供參考依據(jù)。

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