钛白工业固液分离设备的应用详解

 

      白度是钛******最重要的质量指标之一。影响钛******白度的因素是复杂的。在钛******的实际生产中，具有实际意义的是二氧化钛中的杂质含量和粒径与粒径分布。因此，为了提高二氧化钛的白度，应尽可能地减少杂质含量。钛液中的不溶性杂质在沉降及精滤过程中除去。可溶性杂质在偏钛酸水洗过程中除去。

我国目前及今后较长的一段时间内仍以硫酸法生产钛白为主。在这一生产过程中，"三废"的排放量较大，钛白行业的环境治理问题变得更加突出，严重制约了行业的发展。治污的费用越来越高。采用先进的生产设备及生产工艺，最大限度的减少废物的排放量，又不使产品的质量降低，成为各企业追求的目标，也是我国钛白行业能够发展壮大的必由之路。应用过滤设备对二氧化钛进行过滤与水洗，实现二氧化钛同其他杂质的分离，过滤设备的发展进步为钛白行业的节能减排提供了保障。

1 过滤设备的分类

工业上用于过滤操作的设备种类很多，按操作方式不同可分为间歇式和连续式两类；按照过滤推动力的不同可分为重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤；按照过滤介质的不同可分为粒状介质过滤、织物介质过滤和微空管过滤。

钛白工业通常应用的过滤设备有以下几种：

卧螺离心机；

圆盘过滤机；

真空转鼓过滤机；

真空叶滤机；

板框式压滤机；

管式过滤机。

       固液分离

2 过滤的基本原理

在压力差的作用下，悬浮液中的液体透过过滤介质，固体颗粒被介质截留，从而实现固液分离。完整的过滤操作过程为过滤、洗涤、抽干及卸料四个阶段。

过滤设备的生产能力通常用单位面积上单位时间内积聚的滤饼量表示。过滤面积一定时生产能力取决于过滤速度。达西提出的过滤方程为：

u=dV／Adt=K△P／(?L)

u--液体通过过滤层的平均线速度，m／s

V--时间t内累积的滤液体积，m3

A--过滤面积，m2

t--过滤时间，s

K--滤层的渗透性系数，m2

△P--跨过滤层的压强降，Pa

?--滤液的粘度，Pa·s

L--滤层的厚度，m

由上式看出，在一定物料下，过滤速度与过滤压力成正比，即过滤压力大，过滤速度快。

虽然过滤的基本原理是一样的，但不同的过滤设备具有各自不同的特点，根据各自不同的特点，应用于不同的过滤过程。过滤机的选型主要根据滤浆的过滤特性、滤浆的特性及生产规模等因素综合考虑。

下面简要介绍一下几种过滤设备在钛白生产中的应用及其进展。

3 不同类型的过滤设备的工作特点及在钛白生产中的应用与进展

钛白生产中的过滤过程分为三部分：A)钛液的分离净化；B)水解偏钛酸的过滤水洗；C)后处理物料的过滤水洗。

3．1 应用于钛液的分离净化的过滤设备

3.11 离心机

主要用于钛液中硫酸亚铁的分离，又分为三足式离心机、锥兰式离心机和卧式活塞式离心机。三足式离心机为问歇操作，劳动强度大。锥兰式离心机和卧式活塞式离心机为连续操作，自动化程度高，硫酸亚铁含水量小，洗涤水少，产出硫酸亚铁纯度高，二氧化钛的流失少。缺点是要求悬浮液的浓度高，滤网的耐腐蚀性差，尤其是含硫高的钛矿影响更大，需经常更换滤网。其生产能力小，适用于小规模生产。国内有的企业用进口的卧螺式刮刀离心机分离能力大，自动化程度高，适合于大规模生产。

3.1.2水平圆盘式过滤机

主要用于钛液中硫酸亚铁的分离。是连续真空过滤设备。过滤、洗涤、抽干连续运行，获得较好的洗涤效果。生产能力大，运行平稳，易损件少。缺点是硫酸亚铁含水量高。

3.1.3 板框压滤机

板框压滤机是一种间歇式操作设备，由多块滤板排列而成，又分为厢式板框压滤机和隔膜板框压滤机。流出液方式为明流与暗流两种。黑钛液的泥渣分离和控制过滤主要用厢式板框过滤机，一般为明流，便于检查滤布是否破损及过滤质量。

3．2 应用于水解偏钛酸的过滤水洗设备

水解偏钛酸的过滤水洗在钛白生产中占有重要位置。水解偏钛酸是具有粒状结构的凝胶，粘度较大，水解偏钛酸的粒径分布及杂质含量是影响水洗质量的内部因素。过滤设备的正确应用是影响水洗质量的外部因素。

3.2.1 真空叶滤机

这是我国众多钛白企业长期应用的水洗设备。主要用于水解偏钛酸的过滤水洗及盐处理浆料的脱水。叶片为长方形，每组有10到30块叶片，每片套有耐酸滤布。在负压的作用下，滤液穿过滤布通过叶片中的真空管抽入倒液罐中。

利用叶滤机进行水洗方式有两种，分为高位水洗和低位水洗。高位水洗即水洗槽与倒液槽位差在10 m以上，滤液在重力作用下进入倒液槽。真空稳定，气流畅通，水洗速度快。国外应用叶滤机进行水洗的企业大多采用高位水洗。低位水洗为水洗槽与倒液系统在同一水平面上，这样布置影响了滤液的连续排除，造成真空损失及不稳定，延长了水洗时间，增大了用水量，这是国内许多企业水洗时间长、水的单耗高的原因之一。

3.2.2 真空转鼓过滤机

真空转鼓过滤机将过滤、洗涤、吹干、卸料等操作在转动的转鼓中完成，生产效率高，生产能力大。缺点是滤饼的含水量大，洗涤不彻底。目前钛白行业主要用于盐处理浆料的脱水。国外有用于偏钛酸水洗的报道。

3.2.3 隔膜板框压滤机

隔膜板框压滤机是近几年来钛白行业应用的过滤水洗设备。由隔膜板与厢式板交叉间隔排列组成过滤系统。滤室是由隔膜板和厢式板及夹在滤板之间的滤布组成，过滤洗涤等操作均在滤室内进行，减少了环境污染。操作过程一般为：压紧滤板、进料过滤、预压榨、中心洗和角洗、终压榨、反吹角吹、回程拉板。隔膜板框压滤机为正压过滤水洗设备，因此，过滤、水洗时间短，省时节水，水洗效率高。生产一个周期为2～3 h，偏钛酸的水洗单耗在25 m3之内。缺点是滤布的再生较麻烦，拆卸繁琐。所得滤饼硬，打浆费时。山东金虹太白化工有限公司进口的高悬梁隔膜压滤机带有高压水洗设备，可对滤布进行水洗，延长了滤布的使用寿命，提高了工作效率。

隔膜板框压滤机由于能在较高压力下对物料进行压榨，所得滤饼含水量少，所含游离水仅为45％。因此，应用于煅烧前盐处理物料的脱水，将得到较好的节能效果。用真空转鼓过滤机所得滤饼含水量为60％，比隔膜板框压滤机物料多含15％的水份。按生产lt 钛******计算，煅烧前物料：

隔膜板框压滤机滤饼含水为l／55％一1=0．82(t)

真空转鼓过滤机滤饼含水为l／40％一1=1．5(t)

蒸发1t 水需热量Q：

(1)1t水由20℃升温至100℃需热量Q1

Ql = cm△t =4．2×10''J／(Kg·℃)×1 000 Kg·(100℃-20℃) = 3.36×108 J

(2)1t水由100℃液态变成气态需热量Q2(水的蒸发热为2.26×103 J／g)

Q2 = 2．26×103 J／g ×106g = 2.26×109 J

Q = Ql + Q2 = 2.6×109 J

蒸发真空转鼓过滤机滤饼含水比蒸发隔膜板框压滤机滤饼含水多用热量：

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

回转窑煅烧如以天然气为燃料，天然气热值为8500 Kcal／m3，则每生产1 t钛******利用真空转鼓过滤机生产比用隔膜板框压滤机生产多耗天燃气：

4．2l×105 Kcal／8 500 Kcal／m3 = 49．5 m3

按年产50 000 t钛******计算，以现行天然气价格2元／m3，则增加生产成本：

2×49．5×50 000=4．95×106 (元)

隔膜板框压滤机用于盐处理浆料脱水的缺点是随滤布使用时间的延长，盐处理剂的成分波动大，影响煅烧效果。

3.2.4 管式过滤机

国内钛白生产应用还没有报道，南京钛白从国外引进，目前还没有投入生产(钛白网报道)。据称每吨钛白可省水20 t。其正压水洗，没有死角。上料、水洗、吹干、卸料动态连续进行，滤布易于清洗，密闭生产，占地面积小。因此，有其它过滤设备不能比拟的优点。

3．3后处理物料的过滤水洗

     应用于后处理物料的过滤水洗设备目前主要为真空叶滤机和隔膜板框压滤机。因包膜后处理物料不具有胶体的特点，易于过滤水洗。同样由于隔膜板框压滤机压榨物料较干，利于下一工序的脱水干燥，能够达到节能的效果。

4 结语

钛白生产过程中不同的物料选择适宜的过滤设备，对节能减排有着积极的意义。影响过滤水洗的因素是多方面的，物料的质量是内因，过滤设备是外因。物料质量的好环，是能否顺利过滤水洗的前提。物料质量稳定地条件下，有的过滤过程适合于用正压过滤设备，有的适合于用负压过滤设备，这不能一概而论。钛白行业是排污大户，选择良好的过滤设备，节能减排，是行业正确发展的方向之一。