【摘 要】 無機(jī)鹽生產(chǎn)上非均相過濾的應(yīng)用面非常廣。過濾效率的高低與過濾性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，收率與能耗。本文簡述了目前無機(jī)鹽生產(chǎn)上非均相過濾技術(shù)的現(xiàn)狀，介紹了一種高效，長效，低耗，實(shí)用的新型過濾技術(shù)及其在無機(jī)鹽生產(chǎn)上的應(yīng)用概況。
【關(guān)鍵詞】 液體精密濾餅過濾，液體精密澄清過濾
無機(jī)鹽產(chǎn)品的種類很廣，各種產(chǎn)品的制造過程多數(shù)并不太復(fù)雜，除了少數(shù)從天然礦石提取外，大多數(shù)是通過無機(jī)化學(xué)反應(yīng)制取。產(chǎn)品的質(zhì)量，收率，成本往往直接取決于反應(yīng)前后或提取前后的凈化分離技術(shù)。在凈化分離技術(shù)中，大部分屬非均相分離技術(shù)，因此，產(chǎn)品的質(zhì)量，收率，成本與非均相分離技術(shù)密切相關(guān)。
無機(jī)鹽產(chǎn)品有液體產(chǎn)品與固體產(chǎn)品兩大類；固體產(chǎn)品有普通的結(jié)晶體，也有超細(xì)粉體。無論液體產(chǎn)品或固體產(chǎn)品，其制造過程中的液體原料，液體中間體及液體成品均需進(jìn)行固液過濾；固體結(jié)晶體在結(jié)晶前必須進(jìn)行液固過濾；結(jié)晶前的結(jié)晶體與超細(xì)粉體不僅要進(jìn)行過濾，還要反復(fù)洗滌，洗去可溶性雜質(zhì)，最后壓干，才算完成過濾。
一、 當(dāng)前無機(jī)鹽生產(chǎn)上非均相分離的概況：
非均相分離技術(shù)有過濾法與沉降法兩大類。過濾法又有壓差過濾（真空過濾與加壓過濾）與離心過濾兩類（除了這兩類，還有少量為電場過濾，磁場過濾與毛細(xì)過濾等）；沉降法又分為重力沉降與離心沉降兩類。由于歷史原因，許多企業(yè)只重產(chǎn)量，不重質(zhì)量，重生產(chǎn)，不重環(huán)保，重工藝，不重設(shè)備，以致目前無機(jī)鹽生產(chǎn)上非均相分離總體上相當(dāng)落后。對10微米以上的微米級微粒的過濾多數(shù)還比較滿意，因?yàn)閲鴥?nèi)普遍使用的濾布與濾網(wǎng)以及廣泛使用的沉降式離心機(jī)對大于10微米的微粒有很高的分離效率，但是對10至1微米的微米級微粒，各種現(xiàn)有的分離設(shè)備的分離效率普遍不高，大部分企業(yè)所使用的各種傳統(tǒng)濾布與濾網(wǎng)，其孔徑都比較粗，在過濾的啟動(dòng)階段，細(xì)顆粒會(huì)大量穿漏，往往需要長時(shí)間的循環(huán)過濾，在濾材表面形成其毛細(xì)孔徑逐漸減少的濾餅層，才可能將2微米以上的微粒逐步濾住，這種循環(huán)過濾方式雖然過濾效率提高了，但能耗卻額外增加；對于2至1微米的微粒，縱然再長時(shí)間循環(huán)，也很難完全濾住，仍會(huì)有一定量的細(xì)顆粒穿漏（有的采用沉降式臥式螺旋離心機(jī)，對這么細(xì)的顆粒，分離效率也不高）。近十多年，國內(nèi)只有少數(shù)企業(yè)使用毛細(xì)孔徑很小的剛性金屬燒結(jié)管，陶瓷燒結(jié)管與高分子燒結(jié)管，才將10-1微米級微粒的過濾效率達(dá)到比較理想的效果，但大多數(shù)企業(yè)還沒有進(jìn)行這類技改。對于0.1-1微米的亞微米級微粒，目前普遍分離效率很低。如果料液中固相含量很少，這些固相又不需要，如原料液，中間體液或成品液，可采用高效的薄膜型有機(jī)微孔膜（如一次性使用的折疊式微孔膜濾芯等）或無機(jī)微孔膜，或采用以助濾劑進(jìn)行預(yù)涂助濾或本體助濾的傳統(tǒng)過濾裝置，也可使用超速的疊片式離心機(jī)等等。這一系列分離技術(shù)可以得到澄清度很高的濾液，但有的操作成本很高，有的一次投資費(fèi)很大。對于含固量較多，粒度為0.1-0.5微米的超細(xì)粉體，目前只能采用無機(jī)膜進(jìn)行錯(cuò)流增稠過濾，最后得到僅是液體含量較大的濃漿；至今國內(nèi)外還沒有理想方法使之形成較干濾餅。曾有企業(yè)采用管式超速離心機(jī)分離這類0.1-0.5微米的微粒，雖可得到較干濾餅，但卸除濾餅的操作極為困難，工業(yè)生產(chǎn)上無法大規(guī)模使用。
二、 剛性高分子精密微孔過濾技術(shù)：
為了解決工業(yè)生產(chǎn)上的液固非均相過濾，包括無機(jī)鹽生產(chǎn)的各種化工生產(chǎn)上的過濾難題，作者于四十多年前開始了新型精密過濾技術(shù)研發(fā)，目的既要解決含固量少的液體精密澄清過濾，又要解決含固量多的液體精密濾餅過濾。首先對當(dāng)時(shí)國內(nèi)外過濾技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行較詳細(xì)調(diào)研，在大量調(diào)研與詳細(xì)分析對比的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)條件，決定研發(fā)當(dāng)時(shí)國內(nèi)外尚沒有的剛性高分子燒結(jié)濾材。我們預(yù)測，只要所研制的濾材既具有剛性燒結(jié)微孔體的特性，又保留高分子聚合物的化學(xué)特性，那么這種濾材必然具有相當(dāng)強(qiáng)的生命力，具有相當(dāng)大的應(yīng)用潛力。經(jīng)過十五年不間斷的努力，先后研制出聚氯乙烯，聚乙烯，聚砜，聚碳酸酯等八種剛性高分子燒結(jié)微孔濾材。在研制這些濾材的同時(shí)，進(jìn)行以這些高分子濾材為過濾材質(zhì)的多種精密過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)開發(fā)與多種生產(chǎn)上難濾物料的應(yīng)用開發(fā)。這種新型技術(shù)國內(nèi)外前人未作系統(tǒng)全面研究，三十多年前曾有幾個(gè)國家個(gè)別公司用制造金屬剛性燒結(jié)微孔體的原理與技術(shù)制造幾種剛性高分子微孔濾材，由于制造成本太高，價(jià)格很貴，另外沒有人進(jìn)行過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用技術(shù)研究，更沒有進(jìn)行超細(xì)微粒等難濾物料的精密過濾的基本理論的研究，最后這幾家公司的生產(chǎn)都逐漸萎縮，有的停止生產(chǎn)。四十多年來，我們從無到有，堅(jiān)持不懈，從濾材研制到過濾機(jī)結(jié)構(gòu)研制，從過濾工程設(shè)計(jì)計(jì)算理論研究，到各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用技術(shù)研制，總之，所有硬件和軟件中的各種項(xiàng)目全靠自己探索，積累大量經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，至今已形成具有我國自己特色的一類新型精密過濾技術(shù)，并在許多難濾物料，包括不少無機(jī)鹽生產(chǎn)獲得很成功應(yīng)用。該技術(shù)已在十年前二次連續(xù)被國家科委選為“八五”與“九五”期間的“國家級科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃項(xiàng)目”。這技術(shù)的各種特點(diǎn)正符合當(dāng)前我國推行的節(jié)能降耗的國策，今后可在各種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，包括無機(jī)鹽生產(chǎn)會(huì)進(jìn)行更多推廣，使之在提高產(chǎn)品質(zhì)量、收率，減低成本與能耗等方面發(fā)揮更大作用。
（一） 高分子精密微孔過濾技術(shù)的主要特色：
高分子精密微孔過濾技術(shù)由剛性高分子燒結(jié)微孔濾材，精密過濾機(jī)與應(yīng)用技術(shù)三部分組成。技術(shù)的核心是剛性高分子燒結(jié)微孔濾材。這種濾材與剛性金屬燒結(jié)微孔濾材及剛性無機(jī)燒結(jié)微孔濾材成為剛性燒結(jié)微孔體的三類基本濾材。金屬的與無機(jī)燒結(jié)微孔體國外已有六十多年歷史，高分子燒結(jié)微孔體國外在上世紀(jì)七十年代中期也曾有幾個(gè)產(chǎn)品廣告，可是除了幾種規(guī)格極小的簡單應(yīng)用外，至今還未發(fā)展起來，而在國內(nèi)，該微孔體在液固過濾領(lǐng)域早已大規(guī)模應(yīng)用，不僅用于含固量很少的液體精密澄清過濾領(lǐng)域，還大規(guī)模用于含固量很多的液體精密濾餅過濾領(lǐng)域。為什么該技術(shù)在國內(nèi)能應(yīng)用這么廣，主要是該技術(shù)具有如下特色：
（1） 過濾精度與過濾效率相當(dāng)高：對通?；どa(chǎn)上的液固過濾，如果固體顆粒的“個(gè)數(shù)d50”不小于0.1-0.5微米，固體顆粒具有一定剛性，對這些固體顆粒，高分子燒結(jié)微孔濾材的過濾效率往往大于99.9%；
（2） 濾材的化學(xué)性能非常優(yōu)越：對目前國內(nèi)廣泛推廣的幾種濾材，除了強(qiáng)氧化劑，可耐絕大部分酸、堿、鹽與90℃以下的大多數(shù)有機(jī)溶劑；
（3） 濾材可用比較簡單方法再生，可長期反復(fù)使用：目前工業(yè)生產(chǎn)使用的各種整體型濾材，如被細(xì)粒堵塞，幾乎都難以再生，不得不頻繁更換，以致耗量驚人。本技術(shù)所使用的剛性濾材，其抗拉強(qiáng)度與抗沖擊強(qiáng)度非常好，可采用“氣液高壓混合流”快速反吹法再生，其使用壽命至少二年以上，最長已達(dá)十年；
（4） 卸除干濾餅簡便：由于剛性高分子燒結(jié)微孔體的抗拉強(qiáng)度與抗沖擊強(qiáng)度好，在濾材表面所形成的較干濾餅可用壓縮氣體快速反吹法迅速脫落，一臺大面積過濾機(jī)內(nèi)，幾百公斤甚至上千公斤的干濾餅可在幾分鐘內(nèi)方便地卸除到過濾機(jī)外面，整個(gè)卸干濾餅操作中勞動(dòng)強(qiáng)度較低（也可以機(jī)械化或自動(dòng)化操作）。
以剛性高分子燒結(jié)微孔體作為濾材而開發(fā)的精密微孔過濾機(jī)，針對不同領(lǐng)域不同用途，我們曾研制了十多種結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在廣泛推廣應(yīng)用的有六種，每種結(jié)構(gòu)型號有多種不同過濾面積的規(guī)格。這些結(jié)構(gòu)與規(guī)格并不完全固定不變，根據(jù)某一種物料不同要求，其結(jié)構(gòu)與規(guī)格均可作相應(yīng)調(diào)整。
（二） 在無機(jī)鹽生產(chǎn)上的應(yīng)用：
在無機(jī)鹽生產(chǎn)的精密液體濾餅過濾與精密液體澄清過濾都有廣泛成功應(yīng)用。
（1） 精密液體濾餅過濾：本技術(shù)從1966年初開始試探，至1973年才正式在化工生產(chǎn)上應(yīng)用。第一個(gè)項(xiàng)目就是當(dāng)年上海躍龍化工廠的氫氧化鉭與氫氧化鈮的超細(xì)粉體的過濾、洗滌與壓干。該粉體顆粒很細(xì)，0.5-2微米占90%以上；原生產(chǎn)采用4臺SS-800型三足式離心機(jī)，機(jī)內(nèi)裝二層滌綸布與一層帆布，過濾與洗滌時(shí)仍有大量細(xì)微粒穿漏，離心機(jī)僅起過濾作用，無法洗滌（用氨水洗去微粒中的氟離子），整個(gè)過濾、洗滌與壓干操作需要四次攪拌與打漿，五次離心過濾。過濾與洗滌時(shí)穿漏的全是細(xì)顆粒，需另用三臺直徑為1.2米的真空抽濾桶回收穿漏的微粒，但也只能回收穿漏液中較粗的微粒，另外還用六只1000升的立式沉淀桶，需長時(shí)間自然沉降，盡量回收更細(xì)的微粒。1973年改用我們的剛性高分子精密過濾機(jī)二臺（當(dāng)時(shí)為PGL-4.5型，每臺過濾面積為4.5米2）完全取代4臺SS-800型離心機(jī)，兩只800立升攪拌洗滌桶，兩臺W-7真空泵，二只Φ1.2米真空吸濾桶與六只1000升的立式沉淀桶。二臺PGL-4.5型（后來改用一臺過濾面積為10米2的PGL-10型）每班過濾濾餅干重為90公斤，每天電耗從原來444千瓦下降至102千瓦，每年還節(jié)約200公尺濾布，操作工從原來五人降至三人，勞動(dòng)生產(chǎn)率提高40%，細(xì)微粒不再穿漏，全部為密閉操作，車間氨味不再外逸，解決了長期難以解決的勞動(dòng)保護(hù)問題，原來的“離心←→攪拌”的攪拌洗滌方法要將固體濾餅來回運(yùn)輸，工人勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，采用新的過濾機(jī)后，將工人完全從繁重體力勞動(dòng)中解放出來。該應(yīng)用項(xiàng)目一直連續(xù)了近十年，直至由于鉭鈮原料中斷，車間停產(chǎn)才結(jié)束。
1979年，兩臺PGL-10型剛性高分子精密過濾機(jī)在上海感光膠片廠成功用于硫酸鋇的精密過濾與洗滌。硫酸鋇的微粒更細(xì)，小于0.5-0.6微米超過60%，該廠原來用三臺各過濾面積為20米2的板框壓濾機(jī)，每天過濾與洗滌1500Kg硫酸鋇，需三班連續(xù)操作，才能完成任務(wù)。由于顆粒細(xì)，每年由于穿漏使硫酸鋇損失超過60噸。改用新的過濾機(jī)，只需二班，就完成1500公斤硫酸鋇的過濾與洗滌。每年不再有硫酸鋇損失，由于洗滌效率明顯提高，每年無離子水節(jié)省7200噸；工作時(shí)間從三班減至二班，操作工減少了五人，勞動(dòng)生產(chǎn)率提高56.2%。該新過濾機(jī)從1979年一直連續(xù)用至1999年達(dá)二十年，直至企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)才停用。
高分子精密微孔過濾機(jī)還大量用于其他無機(jī)鹽超細(xì)粉體的過濾，如氫氧化鋯，氫氧化鐵，四氧化三鐵，鈦酸鋇等粉體的過濾與洗滌。進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，還大規(guī)模用于氫氧化鈦，氫氧化亞鎳，碳酸鎳，草酸鎳，氫氧化鈷，碳酸鈷，鈦酸鉀晶須等超細(xì)粉體的過濾，洗滌與壓干操作。這些無機(jī)鹽超細(xì)粉體的顆粒均相當(dāng)細(xì)，下表列出這些粉體的“體積d50”與“個(gè)數(shù)d50”的數(shù)值。
粉體名稱 顆粒的d50值 | 碳酸鈷 | 氫氧化鈷 | 碳酸鎳 | 草酸鎳 | 鈦酸鉀 |
按體積分布d50（μm） | 1.63 | 1.71 | 1.67 | 1.85 | 1.79 |
按個(gè)數(shù)分布d50（μm） | 0.077 | 0.095 | 0.183 | 0.053 | 0.114 |
從上表中“體積d50”的數(shù)據(jù)看，幾乎尚未感到該粉體的粒度很細(xì)，但從“個(gè)數(shù)d50”發(fā)現(xiàn)，這幾類粉體中50%的顆粒數(shù)均屬納米級微粒。雖納米級微粒的數(shù)量很多，但用高分子精密過濾機(jī)也完全可將這些細(xì)微粒過濾下來。
經(jīng)過三十多年無數(shù)試驗(yàn)與工業(yè)應(yīng)用，已充分證明，不管哪類物料，只要顆粒有一定硬度，無定形，其“體積d50”大于1微米，“個(gè)數(shù)d50”不小于0.050微米，這些超細(xì)粉體均可用“剛性高分子精密微孔過濾機(jī)”進(jìn)行過濾，洗滌與壓干。按照處理量的大小與粉體顆粒的表面特性，可在一個(gè)密閉微孔過濾機(jī)內(nèi)進(jìn)行過濾，洗滌與壓干，也可在二至三個(gè)密閉裝置內(nèi)分別進(jìn)行過濾，洗滌與壓干。
（2） 液體精密澄清過濾：
三十多年來，高分子精密微孔過濾技術(shù)已大規(guī)模用于液體精密澄清過濾，其中不少屬于無機(jī)鹽生產(chǎn)，有原料液體的過濾，也有中間體液體與成品液的過濾。
化學(xué)反應(yīng)前的原料液精密澄清過濾：已成功應(yīng)用的有工業(yè)氯化鋇溶液，氯化鈣溶液，氯化鐵溶液，硫酸鋁溶液，硫酸銅溶液，工業(yè)純堿溶液，工業(yè)氫氧化鈉溶液，各種無機(jī)酸（硫酸，鹽酸，磷酸），硅酸鈉溶液等。不管哪一種原料液，通過一定規(guī)格的微孔過濾濾材，一定規(guī)格的過濾機(jī)與相應(yīng)的過濾工藝，就可達(dá)到符合化學(xué)反應(yīng)要求的液體澄清度。
在無機(jī)鹽生產(chǎn)上的原料液的澄清過濾中，應(yīng)用規(guī)模最大的是氯堿生產(chǎn)上的鹽水過濾，尤其是二次鹽水的精密過濾，該鹽水的鹽濃度非常高，大于300g/l，水中除了相當(dāng)細(xì)CaCO3微粒，還有極細(xì)的Mg（OH）2與SiO2微粒，這些微粒的“個(gè)數(shù)d50”都小于0.3微米，“體積d50”不超過1.5微米，二次鹽水原水濁度一般為10NTU左右，經(jīng)過一定規(guī)格的高分子微孔濾材與一定規(guī)格的精密微孔過濾機(jī)，鹽水的濁度立即達(dá)到1NTU以下，一般可達(dá)到0.5NTU以下。目前國內(nèi)已有幾十家氯堿企業(yè)正在大規(guī)模使用，最大規(guī)模的為每小時(shí)200米3以上。
另一重大應(yīng)用的是工業(yè)碳酸鈉溶液的精密過濾。原液中固體微粒的“個(gè)數(shù)d50”只有0.15-0.17微米，“體積d50”只有1.2-1.3微米，原液濁度一般為20NTU左右。可根據(jù)原液碳酸鈉濃度（10%至40%）采用合適規(guī)格的濾材，過濾機(jī)及合適的操作工藝，均可使濾液濁度達(dá)到0.5NTU以下。
用于中間體液體與成品液的精密澄清過濾的已有硫酸鎳溶液，藥用碳酸氫鈉溶液，食品用磷酸鈉溶液及磷酸溶液等。從工業(yè)磷酸鈉或工業(yè)磷酸制取食品級磷酸鈉或食品級磷酸溶液，必須去除各種不需要的雜質(zhì)，往往要進(jìn)行多次凈化過濾，每次只能去除少數(shù)幾種通過投加某些化學(xué)藥品而沉淀下來的雜質(zhì)微粒。如為去除液體中殘留硫酸，需投加氯化鋇，使之形成硫酸鋇；為了去除液體中的鉛與砷，需投加Na2S，使之形成As2S3與PbS。硫酸鋇與As2S3非常細(xì)，硫酸鋇的“體積d50”只有1.15微米，“個(gè)數(shù)d50”只有0.15微米，As2S3的“體積d50”只有1.2微米，“個(gè)數(shù)d50”只有0.081微米。對這些微粒，采用其他任何過濾技術(shù)均非常困難，只有采用高分子精密微孔過濾才能很容易解決。
（三） 如何才能使高分子精密微孔過濾能成功應(yīng)用：
幾十年開發(fā)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)表明，欲使該技術(shù)在某一生產(chǎn)領(lǐng)域成功應(yīng)用，尤其對處理規(guī)模比較大，技術(shù)難度相當(dāng)高的物料，必須把選用高分子精密微孔過濾機(jī)的整個(gè)過程作為一項(xiàng)工程項(xiàng)目認(rèn)真對待，絕不能將其簡單地看作購幾臺通用設(shè)備（如板框壓濾機(jī)、離心機(jī)、壓縮機(jī)）那樣，一安裝就可輕而易舉地完成任務(wù)。
（1） 首先要對被過濾物料進(jìn)行物性測定。如測定顆粒粒徑分布，顆粒濃度，顆粒的外形，顆粒的剛性，液體的粘度等，并初步估算需要的濾材精度規(guī)格；
（2） 進(jìn)行濾材的精度規(guī)格的選型試驗(yàn)與計(jì)算，決定最佳的精度規(guī)格；
（3） 在確定濾材精度規(guī)格的基礎(chǔ)上，對被過濾物料作過濾速度的小試驗(yàn)，（如某些物料的處理規(guī)模大，或難度大，或以前從未作過試驗(yàn)，最好進(jìn)行生產(chǎn)現(xiàn)場的中試試驗(yàn)），通過系列試驗(yàn)，最好能歸納出其平均濾速隨時(shí)間變化的數(shù)學(xué)模型。由澄清過濾或?yàn)V餅過濾的數(shù)學(xué)模型確定設(shè)計(jì)的平均濾速值，并初步確定每一周期的過濾時(shí)間；
（4） 由設(shè)計(jì)的平均濾速，計(jì)算所需的過濾面積以及每一周期所形成的最大濾餅厚度值；
（5） 由過濾面積與濾餅層最大厚度，計(jì)算精密微孔過濾機(jī)的所有尺寸；
（6） 按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行高分子微孔濾材與精密微孔過濾機(jī)的制造；必須測定濾材的平均毛細(xì)孔徑，平均孔隙率，彈性模數(shù)與抗拉強(qiáng)度等參數(shù)；
（7） 必須認(rèn)真選擇精密微孔過濾機(jī)的所有輔助裝置的型號與規(guī)格，如輸送泵，空壓機(jī)，儲氣罐等；
（8） 精密微孔過濾機(jī)及其所有輔助裝置在生產(chǎn)現(xiàn)場的安裝必須進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì)，使之與上下游其他裝置順利貫通，互相匹配，以確保高分子精密微孔過濾機(jī)本身能長期穩(wěn)定運(yùn)行。
技術(shù)支持：
設(shè)備咨詢前請完善我司工況調(diào)查表，以便我司工程師提供更完善的過濾方案！
常用過濾設(shè)備-流體化學(xué)適應(yīng)性表；
規(guī)范過濾機(jī)濾布的更換、使用和維護(hù)；
