鈦白工業固液分離設備的應用詳解

 

      白度是鈦******最重要的質量指標之一。影響鈦******白度的因素是復雜的。在鈦******的實際生產中，具有實際意義的是二氧化鈦中的雜質含量和粒徑與粒徑分布。因此，為了提高二氧化鈦的白度，應盡可能地減少雜質含量。鈦液中的不溶性雜質在沉降及精濾過程中除去。可溶性雜質在偏鈦酸水洗過程中除去。

我國目前及今后較長的一段時間內仍以硫酸法生產鈦白為主。在這一生產過程中，"三廢"的排放量較大，鈦白行業的環境治理問題變得更加突出，嚴重制約了行業的發展。治污的費用越來越高。采用先進的生產設備及生產工藝，最大限度的減少廢物的排放量，又不使產品的質量降低，成為各企業追求的目標，也是我國鈦白行業能夠發展壯大的必由之路。應用過濾設備對二氧化鈦進行過濾與水洗，實現二氧化鈦同其他雜質的分離，過濾設備的發展進步為鈦白行業的節能減排提供了保障。

1 過濾設備的分類

工業上用于過濾操作的設備種類很多，按操作方式不同可分為間歇式和連續式兩類；按照過濾推動力的不同可分為重力過濾、加壓過濾、真空過濾和離心過濾；按照過濾介質的不同可分為粒狀介質過濾、織物介質過濾和微空管過濾。

鈦白工業通常應用的過濾設備有以下幾種：

臥螺離心機；

圓盤過濾機；

真空轉鼓過濾機；

真空葉濾機；

板框式壓濾機；

管式過濾機。

       固液分離

2 過濾的基本原理

在壓力差的作用下，懸浮液中的液體透過過濾介質，固體顆粒被介質截留，從而實現固液分離。完整的過濾操作過程為過濾、洗滌、抽干及卸料四個階段。

過濾設備的生產能力通常用單位面積上單位時間內積聚的濾餅量表示。過濾面積一定時生產能力取決于過濾速度。達西提出的過濾方程為：

u=dV／Adt=K△P／(?L)

u--液體通過過濾層的平均線速度，m／s

V--時間t內累積的濾液體積，m3

A--過濾面積，m2

t--過濾時間，s

K--濾層的滲透性系數，m2

△P--跨過濾層的壓強降，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，過濾速度與過濾壓力成正比，即過濾壓力大，過濾速度快。

雖然過濾的基本原理是一樣的，但不同的過濾設備具有各自不同的特點，根據各自不同的特點，應用于不同的過濾過程。過濾機的選型主要根據濾漿的過濾特性、濾漿的特性及生產規模等因素綜合考慮。

下面簡要介紹一下幾種過濾設備在鈦白生產中的應用及其進展。

3 不同類型的過濾設備的工作特點及在鈦白生產中的應用與進展

鈦白生產中的過濾過程分為三部分：A)鈦液的分離凈化；B)水解偏鈦酸的過濾水洗；C)后處理物料的過濾水洗。

3．1 應用于鈦液的分離凈化的過濾設備

3.11 離心機

主要用于鈦液中硫酸亞鐵的分離，又分為三足式離心機、錐蘭式離心機和臥式活塞式離心機。三足式離心機為問歇操作，勞動強度大。錐蘭式離心機和臥式活塞式離心機為連續操作，自動化程度高，硫酸亞鐵含水量小，洗滌水少，產出硫酸亞鐵純度高，二氧化鈦的流失少。缺點是要求懸浮液的濃度高，濾網的耐腐蝕性差，尤其是含硫高的鈦礦影響更大，需經常更換濾網。其生產能力小，適用于小規模生產。國內有的企業用進口的臥螺式刮刀離心機分離能力大，自動化程度高，適合于大規模生產。

3.1.2水平圓盤式過濾機

主要用于鈦液中硫酸亞鐵的分離。是連續真空過濾設備。過濾、洗滌、抽干連續運行，獲得較好的洗滌效果。生產能力大，運行平穩，易損件少。缺點是硫酸亞鐵含水量高。

3.1.3 板框壓濾機

板框壓濾機是一種間歇式操作設備，由多塊濾板排列而成，又分為廂式板框壓濾機和隔膜板框壓濾機。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濾主要用廂式板框過濾機，一般為明流，便于檢查濾布是否破損及過濾質量。

3．2 應用于水解偏鈦酸的過濾水洗設備

水解偏鈦酸的過濾水洗在鈦白生產中占有重要位置。水解偏鈦酸是具有粒狀結構的凝膠，粘度較大，水解偏鈦酸的粒徑分布及雜質含量是影響水洗質量的內部因素。過濾設備的正確應用是影響水洗質量的外部因素。

3.2.1 真空葉濾機

這是我國眾多鈦白企業長期應用的水洗設備。主要用于水解偏鈦酸的過濾水洗及鹽處理漿料的脫水。葉片為長方形，每組有10到30塊葉片，每片套有耐酸濾布。在負壓的作用下，濾液穿過濾布通過葉片中的真空管抽入倒液罐中。

利用葉濾機進行水洗方式有兩種，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入倒液槽。真空穩定，氣流暢通，水洗速度快。國外應用葉濾機進行水洗的企業大多采用高位水洗。低位水洗為水洗槽與倒液系統在同一水平面上，這樣布置影響了濾液的連續排除，造成真空損失及不穩定，延長了水洗時間，增大了用水量，這是國內許多企業水洗時間長、水的單耗高的原因之一。

3.2.2 真空轉鼓過濾機

真空轉鼓過濾機將過濾、洗滌、吹干、卸料等操作在轉動的轉鼓中完成，生產效率高，生產能力大。缺點是濾餅的含水量大，洗滌不徹底。目前鈦白行業主要用于鹽處理漿料的脫水。國外有用于偏鈦酸水洗的報道。

3.2.3 隔膜板框壓濾機

隔膜板框壓濾機是近幾年來鈦白行業應用的過濾水洗設備。由隔膜板與廂式板交叉間隔排列組成過濾系統。濾室是由隔膜板和廂式板及夾在濾板之間的濾布組成，過濾洗滌等操作均在濾室內進行，減少了環境污染。操作過程一般為：壓緊濾板、進料過濾、預壓榨、中心洗和角洗、終壓榨、反吹角吹、回程拉板。隔膜板框壓濾機為正壓過濾水洗設備，因此，過濾、水洗時間短，省時節水，水洗效率高。生產一個周期為2～3 h，偏鈦酸的水洗單耗在25 m3之內。缺點是濾布的再生較麻煩，拆卸繁瑣。所得濾餅硬，打漿費時。山東金虹太白化工有限公司進口的高懸梁隔膜壓濾機帶有高壓水洗設備，可對濾布進行水洗，延長了濾布的使用壽命，提高了工作效率。

隔膜板框壓濾機由于能在較高壓力下對物料進行壓榨，所得濾餅含水量少，所含游離水僅為45％。因此，應用于煅燒前鹽處理物料的脫水，將得到較好的節能效果。用真空轉鼓過濾機所得濾餅含水量為60％，比隔膜板框壓濾機物料多含15％的水份。按生產lt 鈦******計算，煅燒前物料：

隔膜板框壓濾機濾餅含水為l／55％一1=0．82(t)

真空轉鼓過濾機濾餅含水為l／40％一1=1．5(t)

蒸發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℃液態變成氣態需熱量Q2(水的蒸發熱為2.26×103 J／g)

Q2 = 2．26×103 J／g ×106g = 2.26×109 J

Q = Ql + Q2 = 2.6×109 J

蒸發真空轉鼓過濾機濾餅含水比蒸發隔膜板框壓濾機濾餅含水多用熱量：

2．6×109 J×(1．5-0．82) = 1．77×109 J = 4．21×105 Kcal

回轉窯煅燒如以天然氣為燃料，天然氣熱值為8500 Kcal／m3，則每生產1 t鈦******利用真空轉鼓過濾機生產比用隔膜板框壓濾機生產多耗天燃氣：

4．2l×105 Kcal／8 500 Kcal／m3 = 49．5 m3

按年產50 000 t鈦******計算，以現行天然氣價格2元／m3，則增加生產成本：

2×49．5×50 000=4．95×106 (元)

隔膜板框壓濾機用于鹽處理漿料脫水的缺點是隨濾布使用時間的延長，鹽處理劑的成分波動大，影響煅燒效果。

3.2.4 管式過濾機

國內鈦白生產應用還沒有報道，南京鈦白從國外引進，目前還沒有投入生產(鈦白網報道)。據稱每噸鈦白可省水20 t。其正壓水洗，沒有死角。上料、水洗、吹干、卸料動態連續進行，濾布易于清洗，密閉生產，占地面積小。因此，有其它過濾設備不能比擬的優點。

3．3后處理物料的過濾水洗

     應用于后處理物料的過濾水洗設備目前主要為真空葉濾機和隔膜板框壓濾機。因包膜后處理物料不具有膠體的特點，易于過濾水洗。同樣由于隔膜板框壓濾機壓榨物料較干，利于下一工序的脫水干燥，能夠達到節能的效果。

4 結語

鈦白生產過程中不同的物料選擇適宜的過濾設備，對節能減排有著積極的意義。影響過濾水洗的因素是多方面的，物料的質量是內因，過濾設備是外因。物料質量的好環，是能否順利過濾水洗的前提。物料質量穩定地條件下，有的過濾過程適合于用正壓過濾設備，有的適合于用負壓過濾設備，這不能一概而論。鈦白行業是排污大戶，選擇良好的過濾設備，節能減排，是行業正確發展的方向之一。