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℃、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、廂式板框壓濾機、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≥0.01?mm、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。

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。

結構組成與工作原理

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，

該壓濾機設計巧妙，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.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。

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。

?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 8?000 mg/L）及其它酸性離子（如?Fe3+：100?mg/L?、P：500 mg/L、?NH+?：4?500?mg/L），pH＝1～2，?且粒度細，溫度高（約?70℃），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。

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。

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。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。

1）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。

2）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。

3）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。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。

4）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。

5）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。

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、堿及強氧化劑腐蝕能力、 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℃，?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。

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。

• 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500 PPM 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。

1）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 8?000?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 20?000?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。

2）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。

3）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）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。

1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 25?mm?時，濾餅水分≤28％，生產能力≥22.5?kg/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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