關(guān)鍵詞：微米  亞微米  精密微孔過(guò)濾   濾餅洗滌

摘  要：本文敘述了微米與亞微米級(jí)粘細(xì)微粒的特點(diǎn)，目前過(guò)內(nèi)外對(duì)這類物料進(jìn)行過(guò)濾與洗滌的幾類裝置的概況。專門(mén)介紹了新型的精密微孔過(guò)濾機(jī)的主要特點(diǎn)及其用于這類物料過(guò)濾與洗滌的成功實(shí)例。

    大量微米與亞微米級(jí)的高純度的微細(xì)粉體是通過(guò)化工生產(chǎn)制取的。在制取過(guò)程中必須進(jìn)行過(guò)濾與洗滌，如各種分子篩，各種粉體催化劑、氧化鋁、氫氧化鋁、硫酸鋇、超細(xì)磁粉、超細(xì)碳酸鈣等等，都需過(guò)濾與洗滌，最后進(jìn)行干燥。這里，過(guò)濾與洗滌是一步非常重要的化工操作。

一．物料特點(diǎn)：微米與亞微米級(jí)細(xì)微粉粒具有如下特點(diǎn)：

1、粒度細(xì)：一般均小于5μm，大多只有1μm左右，有的甚至只有0.5μm左右。一般濾布，濾紙與濾網(wǎng)等難以完全濾住。目前工業(yè)生產(chǎn)上普遍使用的板框壓濾機(jī)、管式過(guò)濾機(jī)、葉片式過(guò)濾機(jī)、離心過(guò)濾機(jī)、真空轉(zhuǎn)鼓式過(guò)濾機(jī)與真空帶式過(guò)濾機(jī)等等幾乎都用濾布或?yàn)V網(wǎng)作過(guò)濾材質(zhì)，過(guò)濾時(shí)會(huì)有相當(dāng)細(xì)顆粒穿漏，使收率明顯下降。

2、粘性大：許多細(xì)顆粒是親水性，其顆粒外表面有一層水化層，顆粒愈細(xì)，水化層相對(duì)愈厚。水化層的存在，使顆粒相互間產(chǎn)生粘性。因此顆粒愈細(xì)，粘性愈大。顆粒之間粘性大，顆粒與過(guò)濾材質(zhì)之間的粘性也大。粘性大，不僅使過(guò)濾與洗滌阻力增大，也使濾餅從過(guò)濾材質(zhì)上卸除的難度增加。

3、顆粒的水力位移大：當(dāng)細(xì)顆粒的粒度不均勻，粗與細(xì)顆粒相差5μm以上時(shí)，細(xì)顆粒在水力推動(dòng)下易在濾餅層的孔隙內(nèi)沿濾液流動(dòng)方向位移。移至過(guò)濾介質(zhì)邊緣，甚至穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)而流到濾液中。

細(xì)顆粒的上述三種特性使得其過(guò)濾與洗滌非常困難。沒(méi)有性能較優(yōu)異的過(guò)濾材質(zhì)與過(guò)濾機(jī)，很難達(dá)到較滿意的過(guò)濾與洗滌目的。

二．目前國(guó)內(nèi)外過(guò)濾與洗滌裝備的狀況：

目前國(guó)內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)上能作細(xì)顆粒粉體過(guò)濾與洗滌的裝置有以下幾類：

1、 連續(xù)式：連續(xù)式過(guò)濾與洗滌裝置有真空帶式過(guò)濾、真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)、真空回轉(zhuǎn)葉片式過(guò)濾機(jī)、加壓回轉(zhuǎn)葉片式過(guò)濾機(jī)、臥式(或立式)連續(xù)沉降式螺旋離心機(jī)等。這些過(guò)濾與分離裝置均是連續(xù)操作，過(guò)濾與洗滌在機(jī)內(nèi)一體完成。上述這些分離裝置的致命傷是分離效率不高，細(xì)顆粒難以完全濾住濾液較混濁。

2、 間隙式：間隙式過(guò)濾機(jī)有板框壓濾機(jī)（包括箱式壓濾機(jī)與皮膜擠壓壓濾機(jī)）管式過(guò)濾機(jī)、葉片式過(guò)濾、離心式過(guò)濾（如三足式離心機(jī)、刮刀式離心機(jī)等）。這些間隙式過(guò)濾機(jī)可以將過(guò)濾與洗滌在一機(jī)內(nèi)完成：有的只有過(guò)濾功能，洗滌功能另由機(jī)外—攪拌缸執(zhí)行。整個(gè)過(guò)濾與洗滌操作作采用“過(guò)濾——打漿洗滌——過(guò)濾——打漿洗滌”等多次重復(fù)操作。這種方式不僅麻煩，粉體物料易受外來(lái)污染，也易損失。

過(guò)濾機(jī)內(nèi)洗滌就是“靜止頂水洗滌”。板框壓濾機(jī)（包括箱式壓濾機(jī)與皮膜擠壓壓濾機(jī)）一般不適宜這種洗滌方式，因?yàn)闉V餅往往塞滿所有空間。所有濾層洗滌不均勻。欲使濾框內(nèi)均能均勻被洗滌，需要消耗大量洗滌水。洗滌時(shí)間成幾倍延長(zhǎng)。

目前幾乎所有間隙式過(guò)濾機(jī)均用濾布，“穿漏”現(xiàn)象極為普遍。

三．微孔精密過(guò)濾機(jī)的過(guò)濾與洗滌：

    采用微孔精密過(guò)濾機(jī)進(jìn)行微米與亞微米級(jí)細(xì)微粉料漿的過(guò)濾與洗滌是我們于二十五年前就開(kāi)始是進(jìn)行研制與開(kāi)發(fā)的任務(wù)。微孔精密過(guò)濾機(jī)是采用剛性微孔PE管或微孔PA管的“洪利牌”的微孔精密過(guò)濾機(jī)。這類過(guò)濾機(jī)的底部均有氣動(dòng)或液動(dòng)開(kāi)啟的大排渣底蓋。可以順利地從過(guò)濾機(jī)內(nèi)排出大體積的較干的粘細(xì)濾餅。

“洪利牌”的微孔精密過(guò)濾機(jī)具有如下特點(diǎn)：

1、 過(guò)濾效率高：如濾液是水或水溶液(粘度與水接近)，0.5μm微粒幾乎可100%被濾住。

2、 濾餅洗滌效率高：“洪利牌”的精密微孔過(guò)濾機(jī)內(nèi)，微孔過(guò)濾管之間有相當(dāng)?shù)拈g距，同板框壓濾機(jī)比較，過(guò)濾機(jī)內(nèi)各處濾餅都易較均勻的被洗滌，其洗滌效率比板框壓濾機(jī)高，洗滌時(shí)間短，洗滌水消耗量較少。

3、 卸除濾餅簡(jiǎn)易輕便，采用0.6Mpa的氣體快速反吹法，就可以將粘細(xì)微粒的濾餅很輕便地從微孔管的外壁脫離，通過(guò)氣缸打開(kāi)的快開(kāi)底蓋，落到微孔過(guò)濾機(jī)的外部。卸除濾餅的過(guò)濾比板框壓濾機(jī)，三足式離心機(jī)等手動(dòng)過(guò)濾機(jī)輕便，不需繁重體力勞動(dòng)，生產(chǎn)環(huán)境很干凈。

4、 化學(xué)性能特別優(yōu)異：剛性的微孔過(guò)濾管耐各種酸、堿、各種化學(xué)溶液及70℃以下絕大部分有機(jī)溶劑。

5、 微孔過(guò)濾管使用壽命長(zhǎng)：利用簡(jiǎn)單方便的“水——?dú)饣旌狭骺焖俜创捣ā本涂蓪?duì)微孔過(guò)濾管進(jìn)行物理再生，再生效率很高，此外，高分子微孔過(guò)濾管的機(jī)械性能很好，尤其抗沖擊性能很優(yōu)異。因此微孔過(guò)濾管的使用壽命很長(zhǎng)，至少可應(yīng)用一至二年，甚至更長(zhǎng)。

    精密微孔過(guò)濾機(jī)是采用機(jī)內(nèi)靜止頂水法進(jìn)行洗滌。洗滌水用量要比多次重復(fù)的“過(guò)濾——打漿”法多。這是本技術(shù)的第一不足之處，但是該缺點(diǎn)可用下述辦法克服，即將上批物料后半期的洗滌水作為下一批物料的前期洗滌水（這稱為“洗滌水套用法”），就可大幅度減少洗滌水用量，可以做到頂水法的洗滌水用量同打漿法相差無(wú)幾。

    精密微孔過(guò)濾機(jī)目前是利用氣體正吹法脫水。其濾餅的干度比皮膜擠壓的壓濾機(jī)與三足式離心機(jī)低（這兩種過(guò)濾機(jī)的濾餅很干，且也較硬，如果用于機(jī)外打漿，這類濾餅很難被分散得很好，因而洗滌效果必然較差，這類過(guò)濾作為最后脫水較為適宜）。這是精密微孔過(guò)濾機(jī)的第二個(gè)不足。如果用戶有廢熱水，可利用這種廢熱水將正吹空氣加熱至60-80左右℃，那么正吹后濾餅的干度就可大幅度提高。氣體正吹脫水后的濾餅的孔隙率較大，作進(jìn)一步干燥時(shí)，非常有利（如果是皮膜擠壓或三足式離心機(jī)脫水，由于濾餅很硬，干燥前往往需要造粒等工序）。

四．應(yīng)用實(shí)例：

1、上海**有色金屬公司的氫氧化鉭與氫氧化鈮的過(guò)濾與洗滌：

氫氧化鉭與氫氧化鈮的微粒很細(xì)，0.5—2μm占90%以上，需用氨水洗去氟離子。原生產(chǎn)采用SS—800型三足式離心機(jī)四臺(tái)，離心機(jī)內(nèi)用兩層綸布與一層帆布作過(guò)濾材質(zhì)，由于微粒很細(xì)，離心過(guò)濾與洗滌時(shí)仍有大量細(xì)微粒穿濾。采用機(jī)外打漿洗滌，共需四次打漿洗滌，5次離心過(guò)濾。

1973年廠方改用我們開(kāi)發(fā)的PGL型微孔精密過(guò)濾機(jī)二臺(tái)(每臺(tái)4.5m²)(后改用PGL型10m²一臺(tái))，采用新的過(guò)濾機(jī)，顯現(xiàn)以下幾大優(yōu)越性：

1) 完全解決了微粒穿濾這一致命傷；

2) 采用機(jī)內(nèi)頂洗滌，過(guò)濾與洗滌在一機(jī)內(nèi)，不需將濾餅來(lái)回人工轉(zhuǎn)移，使產(chǎn)品不受外界污染；

3) 全部密閉操作，氨氣不外逸，解決了生產(chǎn)車間勞動(dòng)保護(hù)問(wèn)題。

氫氧化鉭與氫氧化鈮原料漿固體濃度為100克/升，過(guò)濾溫度為40~50℃。采用PGL—4.5 m²精密微孔過(guò)濾機(jī)，操作參數(shù)如下：

每批濾餅重量：約90公斤

過(guò)濾時(shí)間：20~30分鐘

過(guò)濾壓力：0.05~0.2Mpa

洗滌時(shí)間：5~6小時(shí)

洗滌壓力：0.15~0.18Mpa

吹干空氣壓力：0.1~0.2 Mpa

吹干時(shí)間：15分鐘

濾餅干度：35%~40%

反吹空氣壓力：0.6Mpa

    每次反吹卸除濾餅后，微孔過(guò)濾管不需沖洗，立即開(kāi)始第二次過(guò)濾，連續(xù)過(guò)濾200批，過(guò)濾速率沒(méi)有什么下降。

下表給出二種處理技術(shù)的對(duì)比數(shù)據(jù)。

*這套裝置于1973年正式投入使用，1975年鑒定。一直用到八十年代，直至車間無(wú)鉭、鈮原料，車間改產(chǎn)后才開(kāi)始停用。

2、 上海**感膠膠片廠的硫酸鋇超細(xì)粉粒的過(guò)濾與洗滌：

硫酸鋇非常細(xì)，小于0.5-0.6μm的微粒超過(guò)60%，該廠原來(lái)采用2臺(tái)20m²的板框壓濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾與機(jī)內(nèi)頂水洗滌 （洗去硫酸鋇粉體中的氯離子），三班操作，每天需生產(chǎn)1500公斤的鋇漿供涂布。這種生產(chǎn)方式的三大弊病是：

1)用濾布過(guò)濾，細(xì)顆粒大量穿濾濾液渾如牛奶，每年損失硫酸鋇60多噸。

2)用板框壓濾機(jī)內(nèi)靜止頂水洗滌，洗滌效果差，洗滌時(shí)間長(zhǎng)，洗滌水用量大。洗滌常來(lái)不及，以至鋇漿常供應(yīng)不上，滿足不了涂布需要。

硫酸鋇的過(guò)濾與洗滌已成為膠片生產(chǎn)上的薄弱環(huán)節(jié)。為改變這一落后面貌，經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，于1979年采用如上海**金屬公司的PGL型精密微孔過(guò)濾機(jī)2臺(tái)，每臺(tái)過(guò)濾面積10 m²。從1978年正式投產(chǎn)，連續(xù)用到1996年，前后長(zhǎng)達(dá)十八年之久。與原板框壓濾機(jī)相比，具有如下效果：

① 過(guò)濾效率高：細(xì)顆粒不穿濾，每年多回收60噸硫酸鋇；

② 洗滌效果高，每年節(jié)約洗滌用無(wú)離子水7200噸；

③ 由于洗滌時(shí)間明顯縮短，產(chǎn)量可增加33%，原來(lái)三班的1500公斤鋇漿產(chǎn)量，現(xiàn)在只要二班就可以完成。

④ 精密微孔過(guò)濾為機(jī)械化操作，不需板框壓濾機(jī)那樣繁重體力勞動(dòng)，節(jié)省勞動(dòng)力5人，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率56.2%。

3、**石油三廠催化劑廠的氫氧化鋁的過(guò)濾與洗滌：

作為氧化鋁前驅(qū)的氫氧化鋁非常細(xì)，大多數(shù)在1μm左右。原來(lái)廠方采用濾布板框壓濾機(jī)，平均收率只有65%左右。

傳統(tǒng)的洗滌方式是板框壓濾機(jī)對(duì)外打漿洗滌，需進(jìn)行5次壓濾與打漿操作。該廠原來(lái)采用12臺(tái)50 m²的板框壓濾機(jī)，12臺(tái)不銹鋼打漿缸。

90年初，該廠改用PGK-45型精密微孔過(guò)濾機(jī)6臺(tái)(每臺(tái)過(guò)濾面積45m²)年產(chǎn)500噸氫氧化鋁干粉，使用后取得如下效果：

1) 過(guò)濾收率穩(wěn)定在95%以上，比板框壓濾機(jī)提高30%以上。

2) 機(jī)械化程度高，實(shí)現(xiàn)“過(guò)濾——洗滌——自動(dòng)卸渣——反吹再生”一體化，不需人工繁重體力勞動(dòng)，勞動(dòng)力減少40%。

3) 由于在機(jī)內(nèi)靜止頂水洗滌，不需在機(jī)外打漿，省去大批輔助裝置(只需50 m²的水配制缸與水回收缸各一臺(tái)，省去12臺(tái)不銹鋼攪拌打漿缸)。投資費(fèi)與動(dòng)力費(fèi)明顯下降。

4) 由于過(guò)濾機(jī)臺(tái)數(shù)只有原來(lái)1/2，原來(lái)是臥式，而精密微孔過(guò)濾機(jī)是立式，輔助裝置又省去10臺(tái)，因此占地面積大副減少，不到原來(lái)的1/2。

5) 板框壓濾機(jī)每年消耗大量濾布，而微孔過(guò)濾管可用簡(jiǎn)易的反吹法再生，可連續(xù)使用兩年以上。

4、除了上述三家企業(yè)長(zhǎng)期成功應(yīng)用外，還有如下一系列企業(yè)成功應(yīng)用：

1) 上海**化工廠于1986年成功用于鋁硅鎂催化劑的過(guò)濾與洗滌。該催化劑極細(xì)，基本只有0.3—0.5μm，其他過(guò)濾材質(zhì)無(wú)法使用。原來(lái)用三臺(tái)PGL—20 m²精密微孔過(guò)濾機(jī)，經(jīng)二年多使用，由于液壓系統(tǒng)不可靠，后改為一臺(tái)PGK—50 m²精密微孔過(guò)濾機(jī)，一直用到現(xiàn)在，前后已使用11年多；

2) 河南**催化劑廠1992年用于某石油催化劑過(guò)濾與洗滌；

3) 北京**廠于1993年用于超細(xì)磁粉的過(guò)濾與洗滌，1998年湖北也用于同一產(chǎn)品的過(guò)濾與洗滌；

4) 福建**廠于1999年用于化肥催化劑的過(guò)濾與洗滌。

五．結(jié)論：

    精密微孔過(guò)濾機(jī)是一種過(guò)濾效率高，洗滌效率高，自動(dòng)卸渣效率高，反吹再生效率高，機(jī)械化程度高，耐腐蝕性能優(yōu)異的高效精密過(guò)濾與洗滌裝置，完全適宜微米級(jí)與亞微米級(jí)的超細(xì)粉體后處理的過(guò)濾與洗滌。其某些不足之處(如洗滌水用量與濾餅干度)可用一定簡(jiǎn)單措施加以克服，使之更加完善地滿足高效低耗要求。

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