【摘 要】 无机盐生产上非均相过滤的应用面非常广。过滤效率的高低与过滤性能的优劣直接关系到产品的质量，收率与能耗。本文简述了目前无机盐生产上非均相过滤技术的现状，介绍了一种高效，长效，低耗，实用的新型过滤技术及其在无机盐生产上的应用概况。
【关键词】 液体精密滤饼过滤，液体精密澄清过滤
无机盐产品的种类很广，各种产品的制造过程多数并不太复杂，除了少数从天然矿石提取外，大多数是通过无机化学反应制取。产品的质量，收率，成本往往直接取决于反应前后或提取前后的净化分离技术。在净化分离技术中，大部分属非均相分离技术，因此，产品的质量，收率，成本与非均相分离技术密切相关。
无机盐产品有液体产品与固体产品两大类；固体产品有普通的结晶体，也有超细粉体。无论液体产品或固体产品，其制造过程中的液体原料，液体中间体及液体成品均需进行固液过滤；固体结晶体在结晶前必须进行液固过滤；结晶前的结晶体与超细粉体不仅要进行过滤，还要反复洗涤，洗去可溶性杂质，最后压干，才算完成过滤。
一、 当前无机盐生产上非均相分离的概况：
非均相分离技术有过滤法与沉降法两大类。过滤法又有压差过滤（真空过滤与加压过滤）与离心过滤两类（除了这两类，还有少量为电场过滤，磁场过滤与毛细过滤等）；沉降法又分为重力沉降与离心沉降两类。由于历史原因，许多企业只重产量，不重质量，重生产，不重环保，重工艺，不重设备，以致目前无机盐生产上非均相分离总体上相当落后。对10微米以上的微米级微粒的过滤多数还比较满意，因为国内普遍使用的滤布与滤网以及广泛使用的沉降式离心机对大于10微米的微粒有很高的分离效率，但是对10至1微米的微米级微粒，各种现有的分离设备的分离效率普遍不高，大部分企业所使用的各种传统滤布与滤网，其孔径都比较粗，在过滤的启动阶段，细颗粒会大量穿漏，往往需要长时间的循环过滤，在滤材表面形成其毛细孔径逐渐减少的滤饼层，才可能将2微米以上的微粒逐步滤住，这种循环过滤方式虽然过滤效率提高了，但能耗却额外增加；对于2至1微米的微粒，纵然再长时间循环，也很难完全滤住，仍会有一定量的细颗粒穿漏（有的采用沉降式卧式螺旋离心机，对这么细的颗粒，分离效率也不高）。近十多年，国内只有少数企业使用毛细孔径很小的刚性金属烧结管，陶瓷烧结管与高分子烧结管，才将10-1微米级微粒的过滤效率达到比较理想的效果，但大多数企业还没有进行这类技改。对于0.1-1微米的亚微米级微粒，目前普遍分离效率很低。如果料液中固相含量很少，这些固相又不需要，如原料液，中间体液或成品液，可采用高效的薄膜型有机微孔膜（如一次性使用的折叠式微孔膜滤芯等）或无机微孔膜，或采用以助滤剂进行预涂助滤或本体助滤的传统过滤装置，也可使用超速的叠片式离心机等等。这一系列分离技术可以得到澄清度很高的滤液，但有的操作成本很高，有的一次投资费很大。对于含固量较多，粒度为0.1-0.5微米的超细粉体，目前只能采用无机膜进行错流增稠过滤，最后得到仅是液体含量较大的浓浆；至今国内外还没有理想方法使之形成较干滤饼。曾有企业采用管式超速离心机分离这类0.1-0.5微米的微粒，虽可得到较干滤饼，但卸除滤饼的操作极为困难，工业生产上无法大规模使用。
二、 刚性高分子精密微孔过滤技术：
为了解决工业生产上的液固非均相过滤，包括无机盐生产的各种化工生产上的过滤难题，作者于四十多年前开始了新型精密过滤技术研发，目的既要解决含固量少的液体精密澄清过滤，又要解决含固量多的液体精密滤饼过滤。首先对当时国内外过滤技术现状进行较详细调研，在大量调研与详细分析对比的基础上，根据我国工业生产技术与经济条件，决定研发当时国内外尚没有的刚性高分子烧结滤材。我们预测，只要所研制的滤材既具有刚性烧结微孔体的特性，又保留高分子聚合物的化学特性，那么这种滤材必然具有相当强的生命力，具有相当大的应用潜力。经过十五年不间断的努力，先后研制出聚氯乙烯，聚乙烯，聚砜，聚碳酸酯等八种刚性高分子烧结微孔滤材。在研制这些滤材的同时，进行以这些高分子滤材为过滤材质的多种精密过滤机的结构开发与多种生产上难滤物料的应用开发。这种新型技术国内外前人未作系统全面研究，三十多年前曾有几个国家个别公司用制造金属刚性烧结微孔体的原理与技术制造几种刚性高分子微孔滤材，由于制造成本太高，价格很贵，另外没有人进行过滤机的结构研究与应用技术研究，更没有进行超细微粒等难滤物料的精密过滤的基本理论的研究，最后这几家公司的生产都逐渐萎缩，有的停止生产。四十多年来，我们从无到有，坚持不懈，从滤材研制到过滤机结构研制，从过滤工程设计计算理论研究，到各个行业的应用技术研制，总之，所有硬件和软件中的各种项目全靠自己探索，积累大量经验与教训，至今已形成具有我国自己特色的一类新型精密过滤技术，并在许多难滤物料，包括不少无机盐生产获得很成功应用。该技术已在十年前二次连续被国家科委选为“八五”与“九五”期间的“国家级科技成果重点推广计划项目”。这技术的各种特点正符合当前我国推行的节能降耗的国策，今后可在各种工业生产领域，包括无机盐生产会进行更多推广，使之在提高产品质量、收率，减低成本与能耗等方面发挥更大作用。
（一） 高分子精密微孔过滤技术的主要特色：
高分子精密微孔过滤技术由刚性高分子烧结微孔滤材，精密过滤机与应用技术三部分组成。技术的核心是刚性高分子烧结微孔滤材。这种滤材与刚性金属烧结微孔滤材及刚性无机烧结微孔滤材成为刚性烧结微孔体的三类基本滤材。金属的与无机烧结微孔体国外已有六十多年历史，高分子烧结微孔体国外在上世纪七十年代中期也曾有几个产品广告，可是除了几种规格极小的简单应用外，至今还未发展起来，而在国内，该微孔体在液固过滤领域早已大规模应用，不仅用于含固量很少的液体精密澄清过滤领域，还大规模用于含固量很多的液体精密滤饼过滤领域。为什么该技术在国内能应用这么广，主要是该技术具有如下特色：
（1） 过滤精度与过滤效率相当高：对通常化工生产上的液固过滤，如果固体颗粒的“个数d50”不小于0.1-0.5微米，固体颗粒具有一定刚性，对这些固体颗粒，高分子烧结微孔滤材的过滤效率往往大于99.9%；
（2） 滤材的化学性能非常优越：对目前国内广泛推广的几种滤材，除了强氧化剂，可耐绝大部分酸、碱、盐与90℃以下的大多数有机溶剂；
（3） 滤材可用比较简单方法再生，可长期反复使用：目前工业生产使用的各种整体型滤材，如被细粒堵塞，几乎都难以再生，不得不频繁更换，以致耗量惊人。本技术所使用的刚性滤材，其抗拉强度与抗冲击强度非常好，可采用“气液高压混合流”快速反吹法再生，其使用寿命至少二年以上，最长已达十年；
（4） 卸除干滤饼简便：由于刚性高分子烧结微孔体的抗拉强度与抗冲击强度好，在滤材表面所形成的较干滤饼可用压缩气体快速反吹法迅速脱落，一台大面积过滤机内，几百公斤甚至上千公斤的干滤饼可在几分钟内方便地卸除到过滤机外面，整个卸干滤饼操作中劳动强度较低（也可以机械化或自动化操作）。
以刚性高分子烧结微孔体作为滤材而开发的精密微孔过滤机，针对不同领域不同用途，我们曾研制了十多种结构，现在广泛推广应用的有六种，每种结构型号有多种不同过滤面积的规格。这些结构与规格并不完全固定不变，根据某一种物料不同要求，其结构与规格均可作相应调整。
（二） 在无机盐生产上的应用：
在无机盐生产的精密液体滤饼过滤与精密液体澄清过滤都有广泛成功应用。
（1） 精密液体滤饼过滤：本技术从1966年初开始试探，至1973年才正式在化工生产上应用。第一个项目就是当年上海跃龙化工厂的氢氧化钽与氢氧化铌的超细粉体的过滤、洗涤与压干。该粉体颗粒很细，0.5-2微米占90%以上；原生产采用4台SS-800型三足式离心机，机内装二层涤纶布与一层帆布，过滤与洗涤时仍有大量细微粒穿漏，离心机仅起过滤作用，无法洗涤（用氨水洗去微粒中的氟离子），整个过滤、洗涤与压干操作需要四次搅拌与打浆，五次离心过滤。过滤与洗涤时穿漏的全是细颗粒，需另用三台直径为1.2米的真空抽滤桶回收穿漏的微粒，但也只能回收穿漏液中较粗的微粒，另外还用六只1000升的立式沉淀桶，需长时间自然沉降，尽量回收更细的微粒。1973年改用我们的刚性高分子精密过滤机二台（当时为PGL-4.5型，每台过滤面积为4.5米2）完全取代4台SS-800型离心机，两只800立升搅拌洗涤桶，两台W-7真空泵，二只Φ1.2米真空吸滤桶与六只1000升的立式沉淀桶。二台PGL-4.5型（后来改用一台过滤面积为10米2的PGL-10型）每班过滤滤饼干重为90公斤，每天电耗从原来444千瓦下降至102千瓦，每年还节约200公尺滤布，操作工从原来五人降至三人，劳动生产率提高40%，细微粒不再穿漏，全部为密闭操作，车间氨味不再外逸，解决了长期难以解决的劳动保护问题，原来的“离心←→搅拌”的搅拌洗涤方法要将固体滤饼来回运输，工人劳动强度非常大，采用新的过滤机后，将工人完全从繁重体力劳动中解放出来。该应用项目一直连续了近十年，直至由于钽铌原料中断，车间停产才结束。
1979年，两台PGL-10型刚性高分子精密过滤机在上海感光胶片厂成功用于硫酸钡的精密过滤与洗涤。硫酸钡的微粒更细，小于0.5-0.6微米超过60%，该厂原来用三台各过滤面积为20米2的板框压滤机，每天过滤与洗涤1500Kg硫酸钡，需三班连续操作，才能完成任务。由于颗粒细，每年由于穿漏使硫酸钡损失超过60吨。改用新的过滤机，只需二班，就完成1500公斤硫酸钡的过滤与洗涤。每年不再有硫酸钡损失，由于洗涤效率明显提高，每年无离子水节省7200吨；工作时间从三班减至二班，操作工减少了五人，劳动生产率提高56.2%。该新过滤机从1979年一直连续用至1999年达二十年，直至企业转产才停用。
高分子精密微孔过滤机还大量用于其他无机盐超细粉体的过滤，如氢氧化锆，氢氧化铁，四氧化三铁，钛酸钡等粉体的过滤与洗涤。进入二十一世纪以后，还大规模用于氢氧化钛，氢氧化亚镍，碳酸镍，草酸镍，氢氧化钴，碳酸钴，钛酸钾晶须等超细粉体的过滤，洗涤与压干操作。这些无机盐超细粉体的颗粒均相当细，下表列出这些粉体的“体积d50”与“个数d50”的数值。
粉体名称 颗粒的d50值 | 碳酸钴 | 氢氧化钴 | 碳酸镍 | 草酸镍 | 钛酸钾 |
按体积分布d50（μm） | 1.63 | 1.71 | 1.67 | 1.85 | 1.79 |
按个数分布d50（μm） | 0.077 | 0.095 | 0.183 | 0.053 | 0.114 |
从上表中“体积d50”的数据看，几乎尚未感到该粉体的粒度很细，但从“个数d50”发现，这几类粉体中50%的颗粒数均属纳米级微粒。虽纳米级微粒的数量很多，但用高分子精密过滤机也完全可将这些细微粒过滤下来。
经过三十多年无数试验与工业应用，已充分证明，不管哪类物料，只要颗粒有一定硬度，无定形，其“体积d50”大于1微米，“个数d50”不小于0.050微米，这些超细粉体均可用“刚性高分子精密微孔过滤机”进行过滤，洗涤与压干。按照处理量的大小与粉体颗粒的表面特性，可在一个密闭微孔过滤机内进行过滤，洗涤与压干，也可在二至三个密闭装置内分别进行过滤，洗涤与压干。
（2） 液体精密澄清过滤：
三十多年来，高分子精密微孔过滤技术已大规模用于液体精密澄清过滤，其中不少属于无机盐生产，有原料液体的过滤，也有中间体液体与成品液的过滤。
化学反应前的原料液精密澄清过滤：已成功应用的有工业氯化钡溶液，氯化钙溶液，氯化铁溶液，硫酸铝溶液，硫酸铜溶液，工业纯碱溶液，工业氢氧化钠溶液，各种无机酸（硫酸，盐酸，磷酸），硅酸钠溶液等。不管哪一种原料液，通过一定规格的微孔过滤滤材，一定规格的过滤机与相应的过滤工艺，就可达到符合化学反应要求的液体澄清度。
在无机盐生产上的原料液的澄清过滤中，应用规模最大的是氯碱生产上的盐水过滤，尤其是二次盐水的精密过滤，该盐水的盐浓度非常高，大于300g/l，水中除了相当细CaCO3微粒，还有极细的Mg（OH）2与SiO2微粒，这些微粒的“个数d50”都小于0.3微米，“体积d50”不超过1.5微米，二次盐水原水浊度一般为10NTU左右，经过一定规格的高分子微孔滤材与一定规格的精密微孔过滤机，盐水的浊度立即达到1NTU以下，一般可达到0.5NTU以下。目前国内已有几十家氯碱企业正在大规模使用，最大规模的为每小时200米3以上。
另一重大应用的是工业碳酸钠溶液的精密过滤。原液中固体微粒的“个数d50”只有0.15-0.17微米，“体积d50”只有1.2-1.3微米，原液浊度一般为20NTU左右。可根据原液碳酸钠浓度（10%至40%）采用合适规格的滤材，过滤机及合适的操作工艺，均可使滤液浊度达到0.5NTU以下。
用于中间体液体与成品液的精密澄清过滤的已有硫酸镍溶液，药用碳酸氢钠溶液，食品用磷酸钠溶液及磷酸溶液等。从工业磷酸钠或工业磷酸制取食品级磷酸钠或食品级磷酸溶液，必须去除各种不需要的杂质，往往要进行多次净化过滤，每次只能去除少数几种通过投加某些化学药品而沉淀下来的杂质微粒。如为去除液体中残留硫酸，需投加氯化钡，使之形成硫酸钡；为了去除液体中的铅与砷，需投加Na2S，使之形成As2S3与PbS。硫酸钡与As2S3非常细，硫酸钡的“体积d50”只有1.15微米，“个数d50”只有0.15微米，As2S3的“体积d50”只有1.2微米，“个数d50”只有0.081微米。对这些微粒，采用其他任何过滤技术均非常困难，只有采用高分子精密微孔过滤才能很容易解决。
（三） 如何才能使高分子精密微孔过滤能成功应用：
几十年开发发展的经验与教训表明，欲使该技术在某一生产领域成功应用，尤其对处理规模比较大，技术难度相当高的物料，必须把选用高分子精密微孔过滤机的整个过程作为一项工程项目认真对待，绝不能将其简单地看作购几台通用设备（如板框压滤机、离心机、压缩机）那样，一安装就可轻而易举地完成任务。
（1） 首先要对被过滤物料进行物性测定。如测定颗粒粒径分布，颗粒浓度，颗粒的外形，颗粒的刚性，液体的粘度等，并初步估算需要的滤材精度规格；
（2） 进行滤材的精度规格的选型试验与计算，决定最佳的精度规格；
（3） 在确定滤材精度规格的基础上，对被过滤物料作过滤速度的小试验，（如某些物料的处理规模大，或难度大，或以前从未作过试验，最好进行生产现场的中试试验），通过系列试验，最好能归纳出其平均滤速随时间变化的数学模型。由澄清过滤或滤饼过滤的数学模型确定设计的平均滤速值，并初步确定每一周期的过滤时间；
（4） 由设计的平均滤速，计算所需的过滤面积以及每一周期所形成的最大滤饼厚度值；
（5） 由过滤面积与滤饼层最大厚度，计算精密微孔过滤机的所有尺寸；
（6） 按设计要求进行高分子微孔滤材与精密微孔过滤机的制造；必须测定滤材的平均毛细孔径，平均孔隙率，弹性模数与抗拉强度等参数；
（7） 必须认真选择精密微孔过滤机的所有辅助装置的型号与规格，如输送泵，空压机，储气罐等；
（8） 精密微孔过滤机及其所有辅助装置在生产现场的安装必须进行严格设计，使之与上下游其他装置顺利贯通，互相匹配，以确保高分子精密微孔过滤机本身能长期稳定运行。
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