鈦白工業(yè)固液分離設(shè)備的應(yīng)用詳解
白度是鈦******最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一。影響鈦******白度的因素是復(fù)雜的。在鈦******的實(shí)際生產(chǎn)中，具有實(shí)際意義的是二氧化鈦中的雜質(zhì)含量和粒徑與粒徑分布。因此，為了提高二氧化鈦的白度，應(yīng)盡可能地減少雜質(zhì)含量。鈦液中的不溶性雜質(zhì)在沉降及精濾過(guò)程中除去。可溶性雜質(zhì)在偏鈦酸水洗過(guò)程中除去。
我國(guó)目前及今后較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)仍以硫酸法生產(chǎn)鈦白為主。在這一生產(chǎn)過(guò)程中，"三廢"的排放量較大，鈦白行業(yè)的環(huán)境治理問(wèn)題變得更加突出，嚴(yán)重制約了行業(yè)的發(fā)展。治污的費(fèi)用越來(lái)越高。采用先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝，最大限度的減少?gòu)U物的排放量，又不使產(chǎn)品的質(zhì)量降低，成為各企業(yè)追求的目標(biāo)，也是我國(guó)鈦白行業(yè)能夠發(fā)展壯大的必由之路。應(yīng)用過(guò)濾設(shè)備對(duì)二氧化鈦進(jìn)行過(guò)濾與水洗，實(shí)現(xiàn)二氧化鈦同其他雜質(zhì)的分離，過(guò)濾設(shè)備的發(fā)展進(jìn)步為鈦白行業(yè)的節(jié)能減排提供了保障。
1 過(guò)濾設(shè)備的分類
工業(yè)上用于過(guò)濾操作的設(shè)備種類很多，按操作方式不同可分為間歇式和連續(xù)式兩類；按照過(guò)濾推動(dòng)力的不同可分為重力過(guò)濾、加壓過(guò)濾、真空過(guò)濾和離心過(guò)濾；按照過(guò)濾介質(zhì)的不同可分為粒狀介質(zhì)過(guò)濾、織物介質(zhì)過(guò)濾和微空管過(guò)濾。
鈦白工業(yè)通常應(yīng)用的過(guò)濾設(shè)備有以下幾種：
臥螺離心機(jī)；
圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)；
真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)；
真空葉濾機(jī)；
板框式壓濾機(jī)；
管式過(guò)濾機(jī)。
固液分離
2 過(guò)濾的基本原理
在壓力差的作用下，懸浮液中的液體透過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，固體顆粒被介質(zhì)截留，從而實(shí)現(xiàn)固液分離。完整的過(guò)濾操作過(guò)程為過(guò)濾、洗滌、抽干及卸料四個(gè)階段。
過(guò)濾設(shè)備的生產(chǎn)能力通常用單位面積上單位時(shí)間內(nèi)積聚的濾餅量表示。過(guò)濾面積一定時(shí)生產(chǎn)能力取決于過(guò)濾速度。達(dá)西提出的過(guò)濾方程為：
u=dV／Adt=K△P／(?L)
u--液體通過(guò)過(guò)濾層的平均線速度，m／s
V--時(shí)間t內(nèi)累積的濾液體積，m3
A--過(guò)濾面積，m2
t--過(guò)濾時(shí)間，s
K--濾層的滲透性系數(shù)，m2
△P--跨過(guò)濾層的壓強(qiáng)降，Pa
?--濾液的粘度，Pa·s
L--濾層的厚度，m
由上式看出，在一定物料下，過(guò)濾速度與過(guò)濾壓力成正比，即過(guò)濾壓力大，過(guò)濾速度快。
雖然過(guò)濾的基本原理是一樣的，但不同的過(guò)濾設(shè)備具有各自不同的特點(diǎn)，根據(jù)各自不同的特點(diǎn)，應(yīng)用于不同的過(guò)濾過(guò)程。過(guò)濾機(jī)的選型主要根據(jù)濾漿的過(guò)濾特性、濾漿的特性及生產(chǎn)規(guī)模等因素綜合考慮。
下面簡(jiǎn)要介紹一下幾種過(guò)濾設(shè)備在鈦白生產(chǎn)中的應(yīng)用及其進(jìn)展。
3 不同類型的過(guò)濾設(shè)備的工作特點(diǎn)及在鈦白生產(chǎn)中的應(yīng)用與進(jìn)展
鈦白生產(chǎn)中的過(guò)濾過(guò)程分為三部分：A)鈦液的分離凈化；B)水解偏鈦酸的過(guò)濾水洗；C)后處理物料的過(guò)濾水洗。
3．1 應(yīng)用于鈦液的分離凈化的過(guò)濾設(shè)備
3.11 離心機(jī)
主要用于鈦液中硫酸亞鐵的分離，又分為三足式離心機(jī)、錐蘭式離心機(jī)和臥式活塞式離心機(jī)。三足式離心機(jī)為問(wèn)歇操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大。錐蘭式離心機(jī)和臥式活塞式離心機(jī)為連續(xù)操作，自動(dòng)化程度高，硫酸亞鐵含水量小，洗滌水少，產(chǎn)出硫酸亞鐵純度高，二氧化鈦的流失少。缺點(diǎn)是要求懸浮液的濃度高，濾網(wǎng)的耐腐蝕性差，尤其是含硫高的鈦礦影響更大，需經(jīng)常更換濾網(wǎng)。其生產(chǎn)能力小，適用于小規(guī)模生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)有的企業(yè)用進(jìn)口的臥螺式刮刀離心機(jī)分離能力大，自動(dòng)化程度高，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。
3.1.2水平圓盤(pán)式過(guò)濾機(jī)
主要用于鈦液中硫酸亞鐵的分離。是連續(xù)真空過(guò)濾設(shè)備。過(guò)濾、洗滌、抽干連續(xù)運(yùn)行，獲得較好的洗滌效果。生產(chǎn)能力大，運(yùn)行平穩(wěn)，易損件少。缺點(diǎn)是硫酸亞鐵含水量高。
3.1.3 板框壓濾機(jī)
板框壓濾機(jī)是一種間歇式操作設(shè)備，由多塊濾板排列而成，又分為廂式板框壓濾機(jī)和隔膜板框壓濾機(jī)。流出液方式為明流與暗流兩種。黑鈦液的泥渣分離和控制過(guò)濾主要用廂式板框過(guò)濾機(jī)，一般為明流，便于檢查濾布是否破損及過(guò)濾質(zhì)量。
3．2 應(yīng)用于水解偏鈦酸的過(guò)濾水洗設(shè)備
水解偏鈦酸的過(guò)濾水洗在鈦白生產(chǎn)中占有重要位置。水解偏鈦酸是具有粒狀結(jié)構(gòu)的凝膠，粘度較大，水解偏鈦酸的粒徑分布及雜質(zhì)含量是影響水洗質(zhì)量的內(nèi)部因素。過(guò)濾設(shè)備的正確應(yīng)用是影響水洗質(zhì)量的外部因素。
3.2.1 真空葉濾機(jī)
這是我國(guó)眾多鈦白企業(yè)長(zhǎng)期應(yīng)用的水洗設(shè)備。主要用于水解偏鈦酸的過(guò)濾水洗及鹽處理漿料的脫水。葉片為長(zhǎng)方形，每組有10到30塊葉片，每片套有耐酸濾布。在負(fù)壓的作用下，濾液穿過(guò)濾布通過(guò)葉片中的真空管抽入倒液罐中。
利用葉濾機(jī)進(jìn)行水洗方式有兩種，分為高位水洗和低位水洗。高位水洗即水洗槽與倒液槽位差在10 m以上，濾液在重力作用下進(jìn)入倒液槽。真空穩(wěn)定，氣流暢通，水洗速度快。國(guó)外應(yīng)用葉濾機(jī)進(jìn)行水洗的企業(yè)大多采用高位水洗。低位水洗為水洗槽與倒液系統(tǒng)在同一水平面上，這樣布置影響了濾液的連續(xù)排除，造成真空損失及不穩(wěn)定，延長(zhǎng)了水洗時(shí)間，增大了用水量，這是國(guó)內(nèi)許多企業(yè)水洗時(shí)間長(zhǎng)、水的單耗高的原因之一。
3.2.2 真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)
真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)將過(guò)濾、洗滌、吹干、卸料等操作在轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓中完成，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)能力大。缺點(diǎn)是濾餅的含水量大，洗滌不徹底。目前鈦白行業(yè)主要用于鹽處理漿料的脫水。國(guó)外有用于偏鈦酸水洗的報(bào)道。
3.2.3 隔膜板框壓濾機(jī)
隔膜板框壓濾機(jī)是近幾年來(lái)鈦白行業(yè)應(yīng)用的過(guò)濾水洗設(shè)備。由隔膜板與廂式板交叉間隔排列組成過(guò)濾系統(tǒng)。濾室是由隔膜板和廂式板及夾在濾板之間的濾布組成，過(guò)濾洗滌等操作均在濾室內(nèi)進(jìn)行，減少了環(huán)境污染。操作過(guò)程一般為：壓緊濾板、進(jìn)料過(guò)濾、預(yù)壓榨、中心洗和角洗、終壓榨、反吹角吹、回程拉板。隔膜板框壓濾機(jī)為正壓過(guò)濾水洗設(shè)備，因此，過(guò)濾、水洗時(shí)間短，省時(shí)節(jié)水，水洗效率高。生產(chǎn)一個(gè)周期為2～3 h，偏鈦酸的水洗單耗在25 m3之內(nèi)。缺點(diǎn)是濾布的再生較麻煩，拆卸繁瑣。所得濾餅硬，打漿費(fèi)時(shí)。山東金虹太白化工有限公司進(jìn)口的高懸梁隔膜壓濾機(jī)帶有高壓水洗設(shè)備，可對(duì)濾布進(jìn)行水洗，延長(zhǎng)了濾布的使用壽命，提高了工作效率。
隔膜板框壓濾機(jī)由于能在較高壓力下對(duì)物料進(jìn)行壓榨，所得濾餅含水量少，所含游離水僅為45％。因此，應(yīng)用于煅燒前鹽處理物料的脫水，將得到較好的節(jié)能效果。用真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)所得濾餅含水量為60％，比隔膜板框壓濾機(jī)物料多含15％的水份。按生產(chǎn)lt 鈦******計(jì)算，煅燒前物料：
隔膜板框壓濾機(jī)濾餅含水為l／55％一1=0．82(t)
真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)濾餅含水為l／40％一1=1．5(t)
蒸發(fā)1t 水需熱量Q：
(1)1t水由20℃升溫至100℃需熱量Q1
Ql = cm△t =4．2×10''J／(Kg·℃)×1 000 Kg·(100℃-20℃) = 3.36×108 J
(2)1t水由100℃液態(tài)變成氣態(tài)需熱量Q2(水的蒸發(fā)熱為2.26×103 J／g)
Q2 = 2．26×103 J／g ×106g = 2.26×109 J
Q = Ql + Q2 = 2.6×109 J
蒸發(fā)真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)濾餅含水比蒸發(fā)隔膜板框壓濾機(jī)濾餅含水多用熱量：
2．6×109 J×(1．5-0．82) = 1．77×109 J = 4．21×105 Kcal
回轉(zhuǎn)窯煅燒如以天然氣為燃料，天然氣熱值為8500 Kcal／m3，則每生產(chǎn)1 t鈦******利用真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)比用隔膜板框壓濾機(jī)生產(chǎn)多耗天燃?xì)猓?/p>
4．2l×105 Kcal／8 500 Kcal／m3 = 49．5 m3
按年產(chǎn)50 000 t鈦******計(jì)算，以現(xiàn)行天然氣價(jià)格2元／m3，則增加生產(chǎn)成本：
2×49．5×50 000=4．95×106 (元)
隔膜板框壓濾機(jī)用于鹽處理漿料脫水的缺點(diǎn)是隨濾布使用時(shí)間的延長(zhǎng)，鹽處理劑的成分波動(dòng)大，影響煅燒效果。
3.2.4 管式過(guò)濾機(jī)
國(guó)內(nèi)鈦白生產(chǎn)應(yīng)用還沒(méi)有報(bào)道，南京鈦白從國(guó)外引進(jìn)，目前還沒(méi)有投入生產(chǎn)(鈦白網(wǎng)報(bào)道)。據(jù)稱每噸鈦白可省水20 t。其正壓水洗，沒(méi)有死角。上料、水洗、吹干、卸料動(dòng)態(tài)連續(xù)進(jìn)行，濾布易于清洗，密閉生產(chǎn)，占地面積小。因此，有其它過(guò)濾設(shè)備不能比擬的優(yōu)點(diǎn)。
3．3后處理物料的過(guò)濾水洗
應(yīng)用于后處理物料的過(guò)濾水洗設(shè)備目前主要為真空葉濾機(jī)和隔膜板框壓濾機(jī)。因包膜后處理物料不具有膠體的特點(diǎn)，易于過(guò)濾水洗。同樣由于隔膜板框壓濾機(jī)壓榨物料較干，利于下一工序的脫水干燥，能夠達(dá)到節(jié)能的效果。
4 結(jié)語(yǔ)
鈦白生產(chǎn)過(guò)程中不同的物料選擇適宜的過(guò)濾設(shè)備，對(duì)節(jié)能減排有著積極的意義。影響過(guò)濾水洗的因素是多方面的，物料的質(zhì)量是內(nèi)因，過(guò)濾設(shè)備是外因。物料質(zhì)量的好環(huán)，是能否順利過(guò)濾水洗的前提。物料質(zhì)量穩(wěn)定地條件下，有的過(guò)濾過(guò)程適合于用正壓過(guò)濾設(shè)備，有的適合于用負(fù)壓過(guò)濾設(shè)備，這不能一概而論。鈦白行業(yè)是排污大戶，選擇良好的過(guò)濾設(shè)備，節(jié)能減排，是行業(yè)正確發(fā)展的方向之一。
