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1、高效长效又低成本的新型液固过滤技术及其在冶金生产上的成功应用 上海东瓯微孔过滤技术研究所 宋显洪13501990836 宋志黎13501615383浙江省温州市东瓯微孔过滤有限公司 宋志骥13806550520【摘 要】本文简要分析了目前工业生产上广泛使用的几种液固分离技术如重力沉降、循环过滤、多级过滤、真空过滤及错流过滤等在节能减排上的不足，叙述了亚刚性高分子精密微孔过滤技术的突出性能与特点，介绍了该技术在有色冶金生产上的成功应用。【关键词】亚刚性精密微孔过滤；滤饼过滤；澄清过滤在各类工业生产，尤其在化工、冶金、制药与食品等规模较大的工业生产，液固分离是一类非常重要又广泛使用的单元操作，这些
2、操作技术的性能优劣直接影响最终产品的质量、收率、成本、劳动生产率，也关系到节能、减排、劳动保护及企业所处地域的自然环境。一、 当前我国工业生产上的固液分离技术的概况：自工业革命后二百多年来，世界工业生产上出现品种繁多，性能各异的固液分离技术与装置，国外有的，我国基本上都有。对于容易过滤的物料，即固体颗粒大于10m，颗粒是刚性，不易变形，无粘性，现有的大多数分离技术与装置基本都可使用；但对于难过滤物料，即固体颗粒小于10m，颗粒非刚性，易变形，粘性比较大，现有的大多数分离技术与装置均难以有效解决，基本上都收率较低，能耗与物耗高，劳动强度大，劳动保护差，环境污染严重。随着不可再生的资源与能源日渐枯
3、竭，随着新材料工业的发展，工业加工技术不断提高，小于10m的微米与亚微米级的难滤物料愈来愈多，即使大于10m的易滤物料中，往往也含有一定比例的小于10m的微粒。工业生产上已有的分离技术与装置难以解决大量出现的难滤物料的高效分离与回收问题，以致在许多工业部门，落后的液固分离装置已成为高能耗与高物耗的重要根源，成为许多江河湖泊受污染的主要来源。目前，工业生产上液固分离技术与装置中，真正节能又减排的很少，即使有，其应用范围也很窄，能广泛应用的更少。大多既不节能亦不减排。有一些先进的液固分离技术，减排性能很突出，但能耗与成本很高，成为减排不节能，成本又很高的技术。工业生产上的已有的液固分离技术与装备种
4、类繁多，性能各异，从节能与减排的要求对这些技术进行评判，发现现在已被较广泛应用的以下几种技术应引起重视，不能再盲目选用。1、 重力沉降分离：这是最古老，最原始，也是最简易的分离技术。尽管重力沉降技术中已进行相当多改进，如絮凝，斜板（或斜管），浓密机等等，其核心原理仍是重力沉降，虽简单易行，但小于1m的微粒几乎无法分离，即使15m的微粒也很难高效分离。分离效率低是这一古老原始技术的致命弱点，如用于处理量不多的液体，选用沉降桶也许是可供选用的方案，因为成本低；但如用于处理规模很大的液体，建筑大型的占地面积大的沉淀池，其投资成本并不低，再由于分离效率差，该回收没有回收，不该排放都排放，肯定会大量增加
5、环保成本。因此今后新建的工业企业，重力沉降一般不宜大量选用。2、 循环过滤：目前绝大部份的液固过滤装置都是选用经纬编制的滤布与滤网。如用于过滤大于10m的微粒，分离效率很高，但用于小于10m的微粒，分离效果很差，穿漏很严重，只能依靠循环过滤，反复循环，有的甚至长达2小时以上，才能使滤液澄清，才达到工艺要求。过滤起动后，如进行1至2分钟循环，对许多物料是可允许的，这可防止过滤机的滤液出口的管道内可能存在的残留的微粒对滤液的污染，但长达2小时的循环，这会显著浪费能耗。如一大型企业，每小时平均滤液量为900m3，过滤压差为0.2MPa，每天不得已累计循环6小时，其每年要浪费电量达12万度。如果全国有
6、一万家这类企业，每天都作无效循环6小时的过滤，全国就多耗12亿度电。3、 多级过滤：多级过滤一直用于对产品的质量极为严格的药品、饮料、微电子等产品的生产。逐级增加精度的多级过滤就是增加多道严密防线，可高效防止个别微粒漏网而影响最终产品质量。现在国内许多企业把这一方法推广到含固量很多的料浆的液固滤饼过滤。先把物料中粗的与次粗的逐级过滤出去，剩下很少量极细的微粒，最后用一级精度很高的滤材进行分离。许多人都以为这方法既保证滤液质量与澄明度，又可以用最少的过滤面积处理含固量很多的大体积的料浆，几乎这样的处理很巧妙。但如用滤饼过滤的理论进行分析，这样的处理方法往往适得其反，不仅不会减少过滤面积，反增大过
7、滤面积，增大能耗。现用一事例说明该方法不可取。某一粉体，其“平均体积粒径”为1.5m，如只用一次过滤，其平均滤速为0.4m/h，如改为二级过滤，第一级将料液中固体过滤了99%，剩下1%另由过滤精度更高的第二级进行过滤，但第二级所过滤的剩余粉体其“平均体积粒径”减至0.3m，已非常细，虽然要过滤固体重量只有1%，但其平均滤速只有0.026m/h，而要过滤的液体量却与第一级的几乎一样，要完成第二级的过滤任务，所需的过滤面积比不分级的一次过滤要大15.4倍，能耗与物耗大幅增大。这样的多级过滤完全得不偿失。4、 真空过滤：真空过滤是工业生产上应用很普遍的过滤方法，尤其连续式过滤，采用加压过滤很少，绝大
8、多数连续式过滤为真空过滤，因为真空连续机的结构最简单。对大于10m的易滤物料，如果不考虑敞口的真空过滤对环境的污染与环境对被过滤的固体产品的污染，绝大多数人喜欢真空连续过滤。但很少有人考虑，真空过滤的能耗比加压过滤大得多。加压过滤只需一项能耗，即液固分离，滤饼洗涤与压干，而真空过滤除了液固分离，滤饼洗涤与压干这一项外还需另外二项。一项是将盛滤液的真空容器从大气状态抽空至真空过滤所需的真空度的能耗，另一项是将与滤液等体积的真空容器内的空气抽吸并压缩至稍大于大气压并排到大气中所需的能耗。由于抽真空时气体压缩比较大，如果真空过滤时的真空度为0.007MPa，其压缩比要达15，这样大的压缩比所消耗的功
9、率必然较大。一般第一项能耗只占真空过滤总能耗的1/4左右，另二项能耗约占3/4。如果全国的真空过滤的每年能耗为10亿度电，其中只有2.5亿度为有效能耗，另外7.5亿度电为无效能耗。这就是真空过滤比加压过滤的能耗大得多的原因。5、 错流过滤：错流过滤目前在国内外的应用已愈来愈多。该方法原来大量用于无固体颗粒的超滤，纳滤与反渗透等均相分离。现在许多人将其扩大到固体颗粒非常细的非均相物料的增稠过滤。极细颗粒组成的滤饼层的比阻非常大，进行滤饼过滤时，其过滤的平均滤速非常慢。如要提高滤速，唯一的办法是过滤时应无滤饼层，于是均相分离时防止浓差极化的错流方法被借用到过滤极细微粒的非均相过滤。错流方法是在滤材
10、表面产生高速料浆流动，能及时将已形成的滤饼层冲刷掉，减少了滤饼层厚度，也就减少了过滤阻力，增加了滤速，因而减少了能耗，但料浆的高速流动又明显增加能耗。由于料浆中固体颗粒有一定浓度，两滤材之间的空隙不可能非常小，以致料浆高速流动的能耗相当高。特举一例：一台过滤面积为50m2的陶瓷膜管式过滤器，每小时过滤滤液量为50m3，过滤压差为0.1MPa，其过滤本身能耗只有1.7kw。由于采用错流过滤，其保持错流的循环能耗却非常大。该50m2的陶瓷膜管式过滤器有二种结构方案。一种方案为：膜管内径为4mm，膜管长为1m，总管数为3979根，料浆在管内高速流动的能耗为37kw，每年电耗达29万kw。另一方案：膜
11、管内径为2mm，膜管长为0.5m，总管数为7958根，料浆高速循环的电耗达40kw，每年电耗达32万kw。这两方案的错流过滤的循环电耗超出过滤本身电耗20倍以上。陶瓷膜是一种过滤效率极高的最新型过滤技术，其减排效果极为优越，但用错流方法其能耗实在太大，是典型的减排不节能的技术。二、 高效长效的亚刚性高分子精密微孔过滤技术的特点：为了解决小于10m的微米与亚微米级超细微粒的液固过滤，作者于四十三年前开始进行这一难题的技术开发，推广应用也已三十多年。现在该技术的硬件与软件已相当成熟，综合性能相当突出，应用领域相当广泛，经济效益与社会效益相当明显。该技术完全是自主创新的新型液固过滤技术。1、 突出性
12、能：这是三高，一低，二方便（高过滤精度，高过滤效率，高寿命；低成本，卸除干滤饼方便，滤材再生方便）的技术。 高过滤精度与高过滤效率：对于一般溶液类液体，可100%滤住的最小颗粒径为0.3m；对于不同粒度的混合粉体如其“个数d10”为45200纳米，（即按颗粒个数计数，有10%颗粒的粒径不超过45200纳米）。“体积d10”为0.61m（即按重量或体积计，有10%的颗粒小于0.61m），这些超细混合粉体也可100%滤住。对绝大多物料，一次过滤就可使滤液清彻透明，不需循环过滤。 过滤机与滤材的寿命长：只要不是强氧化剂，温度不超过100，在其他任何条件下，滤材的寿命都超过26年（一般滤布的寿命不超过
13、三个月），有的已超过十年；过滤机的寿命更长，钢制过滤机都可用十五年，不锈钢的都超过三十年。 低成本：由于寿命长，性价比相当高，占地面积小，动力消耗省（过滤压差不超过0.20.25MPa），操作又较简单，无繁重体力劳动，能耗、物耗、人工费及维护费低，因而总成本相当低。 操作简便：滤材为亚刚性，抗拉强度不低，对于管式滤材，可用0.6MPa的压缩气体进行冲击式反吹，可将较干的滤饼从亚刚性过滤管外表面快速吹脱，又可将堵在微孔管的毛细孔内的堵塞微粒强制反吹出来，达到高效，快速与简便的卸除干滤饼与再生目的。对于其他大多数过滤装置，遇到难滤的超细微粒，都无法解决高效快速卸除干滤饼与高效再生这两大难题。2、
14、其他特点： 既可用于含固量多的需得到干滤饼的高效精密滤饼过滤，也可用于含固量很少的，但处理量很大的液体精密澄清过滤。 除了98%以上的浓硫酸与40%的浓硝酸等强氧化剂，可耐各种不超过100的有机酸、无机酸、各种碱与盐，温度不超过90的绝大多数有机溶剂。 所有精密微孔过滤机均是密闭过滤，气味不外逸，外来尘埃不污染过滤物料； 对于含固量多的精密滤饼过滤，均可在机内进行密闭高效洗涤，洗涤液消耗很省，又可在机内进行滤饼压干，使含水率相当低。所有滤饼过滤机均配有气动的大直径排干滤饼的底盖。用气缸打开底盖后，采用0.6MPa压缩空气可将大体积干滤饼快速自动卸下。这些过滤机均可机械化与自动化操作，不需繁重体
15、力劳动。三、 高效长效的亚刚性高分子精密微孔过滤技术在冶金化工生产上的应用：经过十年的理论研究，基础研究与应用研究，于1975年开始在国内工业生产逐步进行推广应用，同时，根据应用中反馈的问题将该技术向深度与广度继续研发。三十多年来，已在国内至少五千多家企业成功应用，应用规模最大的一个企业内仅一种料液每小时过滤滤液量达400多m3，有的一个企业内，大型过滤机的台数达40台。1、 早期的成功应用：1975年开始，除了在制药与化工等进行推广外，还专门进行有色金属行业的推广。 超细金属盐粉体的过滤、洗涤与压干：1975年首先成功用于上海跃龙化工厂的氢氧化钽与氢氧化铌超细粉体的过滤、洗涤与压干。一台过滤
16、面积为10m2的新型精密微孔过滤机取代原来落后的“三足式离心机+搅拌打浆罐”工艺，每批处理90kg超细干粉体，代替了老工艺的4台SS-800离心机，二台800升的搅拌打浆罐，二台W-7离心泵，二台1.2米真空吸滤盘，6只1000升的沉淀桶。氢氧化钽与氢氧化铌很细，0.52m占90%以上，需氨水洗涤粉体中的氟离子。采用新过滤技术后呈现以下几大优越性：a. 完全解决超细粉体在过滤过程中大量穿漏这一致命伤（原工艺虽有沉淀桶与真空吸滤盘等回收装置，由于受外来尘埃等污染，回收的粉体只能重新加工或作次品处理）；b. 原来工艺，需四次洗涤，固体滤饼在搅拌打浆罐与离心机之间来回四次，不仅麻烦劳累，产品还易受外界污染，现在新工艺的过滤洗涤与压干均在一台过滤机内，完全密闭操作，直至出料，不需反复来回倒腾；c. 该产品需用氨水洗涤，老工艺全是敞口操作，车间氨气弥漫，严
