鈦白工程設(shè)計(jì)中過濾與分離設(shè)備選型及優(yōu)化

崔 寧

（中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南 250101）

設(shè)計(jì)總結(jié)

鈦白工程設(shè)計(jì)中過濾與分離設(shè)備選型及優(yōu)化

崔 寧

（中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南 250101）

過濾和分離是鈦白生產(chǎn)工程中一個(gè)重要的工作環(huán)節(jié)，其工作內(nèi)容包含著從熱過濾到一、二、三次水洗的整個(gè)過程。鈦白生產(chǎn)中過濾和分離使用的主要設(shè)備有過濾機(jī)器、壓濾機(jī)器、葉濾機(jī)器、離心機(jī)器、真空轉(zhuǎn)鼓式過濾機(jī)等，對(duì)過濾分離設(shè)備進(jìn)行合理的選型能夠有效的提高生產(chǎn)過程中能源的使用率，從而增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

鈦白；過濾與分離：設(shè)備選型

1 鈦液熱過濾

通過酸解方法制作的黑鈦液是一種成分非常繁雜的液體，其中不僅含有沒有經(jīng)過分解的鈦鐵物質(zhì)、白石、石英砂的微小粒子，同時(shí)還有硅鋁等元素的膠體粒子，以及一些硫酸鹽雜質(zhì)。就國(guó)內(nèi)的鈦白產(chǎn)業(yè)來說，由于鈦鐵礦石的供應(yīng)主要受市場(chǎng)關(guān)系的影響，所以黑鈦液的質(zhì)量成分非常的差，某些膠體雜質(zhì)大量的存在于黑鈦液中。由于各種雜質(zhì)很難通過沉降完全消除，溶液中的鈦就含有很強(qiáng)的粘性，從而造成有關(guān)溶液的分離效果下降，使得鈦白生產(chǎn)中使用的硫酸亞鐵中含有大量的鈦，最終降低了產(chǎn)品的使用率。為了解決以上問題，鈦白產(chǎn)業(yè)在發(fā)展的過程中逐漸加入了熱過濾這道工作環(huán)節(jié)，熱過濾環(huán)節(jié)所使用的也是經(jīng)常被用來進(jìn)行固液分離的壓濾機(jī)，筆者在此不作過多敘述。近些年來市場(chǎng)上有出現(xiàn)了一種新式的管式過濾機(jī)，通過對(duì)管式過濾機(jī)的使用調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這種過濾機(jī)有著非常理想的過濾效果。管式過濾機(jī)內(nèi)部組成較為復(fù)雜，其工作環(huán)節(jié)主要包括過濾和按時(shí)清洗兩個(gè)環(huán)節(jié)。

通過對(duì)管式過濾機(jī)和傳統(tǒng)壓濾機(jī)的對(duì)比比較發(fā)現(xiàn)，二者的購(gòu)買費(fèi)用相差不大但電能的消耗卻比較明顯，傳統(tǒng)的板框式壓力機(jī)的單位能耗大約是管式壓濾機(jī)能耗的二倍還多。與此同時(shí)，新型管式過濾機(jī)的過濾精度有10的負(fù)五次方，它大約等于傳統(tǒng)辦事壓濾機(jī)熱過濾與經(jīng)過濾兩個(gè)步驟的過濾效果。另外，年運(yùn)行費(fèi)用低、操作強(qiáng)度小等也是管式過濾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。由此可見，與傳統(tǒng)板式壓濾機(jī)相比，管式壓濾機(jī)有著相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì)。

2 硫酸亞鐵分離

結(jié)晶后的黑鈦液體通常以七水硫酸酸亞鐵的狀態(tài)體現(xiàn)，與冷凍式結(jié)晶法相比，真空式結(jié)晶法在當(dāng)前的鈦白工程生產(chǎn)中使用的更為廣泛。由于真空式結(jié)晶法具有溫度下降迅速、結(jié)晶期間短以及需要強(qiáng)攪拌的特點(diǎn)，工作中產(chǎn)生的硫酸亞鐵一般顆粒都非常的小，這就要求提高過濾裝置對(duì)溶液的過濾能力，同時(shí)帶來了過濾裝置選擇的難題。固液分離是硫酸亞鐵的主要分離方式，針對(duì)這點(diǎn)，可以選擇的過濾機(jī)主要有真空驅(qū)動(dòng)型的真空式抽濾機(jī)、圓盤式真空過濾機(jī)，以及主要以離心例為驅(qū)動(dòng)方式的離心機(jī)。在實(shí)際鈦白生產(chǎn)的過程中，真空式抽濾機(jī)僅適合于產(chǎn)量低于一萬噸的小型生產(chǎn)企業(yè)，所以筆者這里主要介紹圓盤式真空過濾機(jī)與離心機(jī)。

圓盤式真空過濾機(jī)主要有8 m2、14 m2、18 m2、20 m2以及25 m2等不同類型。其每個(gè)及其每年的生產(chǎn)量大約為1～3萬t，驅(qū)動(dòng)器屬于無極調(diào)速型。

離心機(jī)主要是根據(jù)離心作用來進(jìn)行固液分離的工作。我國(guó)在整個(gè)鈦白產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中曾經(jīng)大量應(yīng)用過各式各樣的離心機(jī)，其中還包括進(jìn)口國(guó)外的優(yōu)秀離心機(jī)。就目前使用的離心機(jī)種類來看，臥式的活塞推料型與雙支撐臥式的刮刀卸料型這兩類離心機(jī)是最為廣泛的，因此筆者主要介紹這兩種離心機(jī)。

臥式活塞推料離心機(jī)對(duì)溶液中固體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有不小于百分之二十四的標(biāo)準(zhǔn)，所以在實(shí)際工作中，還必須另外添加一部增加稠度的設(shè)備來增加鈦液中固體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。該種離心機(jī)的型號(hào)字母表示為HR。

雙支撐臥式刮刀卸料離心機(jī)是一種生產(chǎn)能力較大的離心機(jī)，國(guó)內(nèi)應(yīng)用于生產(chǎn)都不多，大多為引進(jìn)德國(guó)的進(jìn)口設(shè)備。該類離心機(jī)的主要代表就是Φ2050型離心機(jī)，經(jīng)它分離的黑鈦液其硫酸亞鐵能夠達(dá)到百分之六左右的含水量，效果較為突出。該離心機(jī)在結(jié)構(gòu)構(gòu)成上與我國(guó)自產(chǎn)的虹吸式離心機(jī)有著諸多相似之處，其主要差別在于它沒有設(shè)置相應(yīng)的虹吸口，其鈦液是經(jīng)機(jī)殼歸集以后自動(dòng)流出。

通過對(duì)德國(guó)生產(chǎn)的Φ2050型離心機(jī)與圓盤式真空過濾機(jī)的對(duì)比比較發(fā)現(xiàn)，前者的主要特點(diǎn)就是過濾效果較理想，電能消耗較低，但同時(shí)價(jià)格較高，維修與更換零件也較為繁瑣，所以在我國(guó)的使用范圍并不廣。目前在我國(guó)鈦白生產(chǎn)過程中，主要是通過設(shè)置兩層的分離裝置來達(dá)到硫酸亞鐵的低含水量，第一層是通過圓盤式真空過濾機(jī)進(jìn)行分離，第二層則使用RH630—N型離心機(jī)進(jìn)行分離，這樣就能在達(dá)到硫酸亞鐵低水分（其含水量大約為百分之五到百分之七）的同時(shí)，增加分離的經(jīng)濟(jì)性。

3 偏鈦酸的過濾洗滌

3.1 水洗規(guī)定

偏鈦酸液體經(jīng)過水解以后的化學(xué)組成較為復(fù)雜，對(duì)這種液體的分離卻比較好進(jìn)行。但需要說明的是，液體中水合二氧化鈦的存在使得其它的外表極易布滿母液，而母液中存在的眾多的硫酸亞鐵和各種硫酸鹽，這些物質(zhì)的能夠?qū)Ξa(chǎn)出品的光學(xué)顏料等性能產(chǎn)生極大的不良影響。所以為了避免這些雜質(zhì)對(duì)產(chǎn)品的影響，通常利用水洗的方法進(jìn)行液體去雜，當(dāng)偏鈦酸溶液中的鐵含量小于萬分之一時(shí)即視為符合標(biāo)準(zhǔn)。

一般情況下，經(jīng)過一次的水洗基本不可能將偏鈦酸溶液中的雜質(zhì)去除到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，另外諸如亞鐵粒子等金屬粒子很容易在水洗的途中因?yàn)槿芤旱乃岫认陆刀優(yōu)槿齼r(jià)鐵離子，然后形成氫氧化鐵并融合在濾餅內(nèi)不能進(jìn)行徹底的消除，這就最終導(dǎo)致濾餅內(nèi)鐵的比例不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。為此，必須在一次的水洗之后增加一個(gè)環(huán)節(jié)，即增加漂白的環(huán)節(jié)，將第一次水洗中形成的沉淀物質(zhì)再次轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子的形式，此時(shí)高價(jià)的金屬離子就會(huì)變成低價(jià)的氧化物，然后再對(duì)其進(jìn)行第二次的水洗過程，使得偏鈦酸的濃度達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。第二次水洗以后的鐵含量必須保持在十萬分之三以下。

3.2 水洗設(shè)備

對(duì)于偏鈦酸的洗滌和過濾，一般是通過真空式葉濾機(jī)、離心機(jī)以及真空式轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)等裝置進(jìn)行固液分離操作。筆者在此介紹幾種在實(shí)際生產(chǎn)中使用較為廣泛的種類真空式葉濾機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中大都為180 m2規(guī)格，有的生產(chǎn)商也生產(chǎn)規(guī)格較大的200、268 m2型機(jī)組，但我國(guó)國(guó)內(nèi)較少出現(xiàn)。

隔膜式壓濾機(jī)是一種最先在國(guó)外使用的水洗設(shè)備，后來經(jīng)過國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商的設(shè)計(jì)生產(chǎn)，以及在鈦白生產(chǎn)領(lǐng)域得到了大量的使用，其使用規(guī)模與葉濾機(jī)差不多等同。

通過對(duì)壓濾機(jī)和葉濾機(jī)的對(duì)比比較發(fā)現(xiàn)，在對(duì)偏鈦酸的兩次水洗過程中使用壓濾機(jī)能夠節(jié)省更多的投資資金、工作成本以及水量消耗。但實(shí)際鈦白生產(chǎn)中就二者的使用效果還不能得出一致的意見，過去有很多人認(rèn)為使用壓濾機(jī)進(jìn)行洗滌的效果較差，葉濾機(jī)具有更好的使用效果，但根據(jù)多年的技術(shù)完善，如今的壓濾機(jī)已經(jīng)擁有了和葉濾機(jī)差不多的性能，所以壓濾機(jī)的適用范圍也在不斷增大。水洗設(shè)備可以根據(jù)使用者自己的特點(diǎn)進(jìn)行選取。

4 偏鈦酸漿液的脫水

一般來說，在經(jīng)歷過鹽處理以后，偏鈦酸溶液會(huì)仍舊處于一種粘稠狀，所以對(duì)其進(jìn)行回轉(zhuǎn)窯的煅燒處理之前，必須通過提供足夠的熱量使偏鈦酸漿液進(jìn)行充分蒸發(fā)處理，之后再進(jìn)行脫硫以及晶型的轉(zhuǎn)化等。通常來說，水含量越低的偏鈦酸溶液，在進(jìn)行窯內(nèi)煅燒時(shí)就越能減少能源的消耗。與此同時(shí)，水含量低的偏鈦酸溶液還能更快的在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行脫水處理，也能更早的進(jìn)行脫硫處理，從而能夠增大回轉(zhuǎn)窯的使用效率。由于以上因素，當(dāng)今鈦白生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于偏鈦酸回轉(zhuǎn)窯前的水分降低，投入了越來越多的注意力，其主要方法是通過離心機(jī)、葉濾機(jī)、真空式轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)以及隔膜壓濾機(jī)等來實(shí)現(xiàn)。

利用離心機(jī)的脫水處理，此方法通常是在三足離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓里邊設(shè)置一張濾布，然后把經(jīng)過鹽處理的偏鈦酸漿液放進(jìn)三足離心機(jī)內(nèi)，當(dāng)三足離心機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，漿液中的水分就會(huì)在離心力的作用下分離出來，分離完成后，再取出偏鈦酸進(jìn)行后續(xù)工作處理。利用葉濾機(jī)的脫水處理，該環(huán)節(jié)使用的葉濾機(jī)與前述水洗環(huán)節(jié)所使用的葉濾機(jī)相同，這里的工作只是相當(dāng)于再次進(jìn)行葉濾機(jī)水洗的上片步驟。葉濾機(jī)在上片厚度合適的時(shí)候就會(huì)被抬起，置于回轉(zhuǎn)窯槽上，待經(jīng)過一定的抽干再把其中的濾餅?zāi)贸鰜恚帽狙b置把它傳送到回轉(zhuǎn)窯的里邊。

利用真空式轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)進(jìn)行脫水處理，一般用在稠度不大并且比較容易進(jìn)行過濾操作的溶液中，使用該種過濾機(jī)能夠不間斷進(jìn)行大規(guī)模處理，且方便對(duì)濾布與濾餅進(jìn)行再次使用和清理，因此該方法使用的較為普遍。具體處理過程是，通過設(shè)置在漿料槽上轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)作用，使各個(gè)隔室都能沉入到濾液，再在真空狀態(tài)下經(jīng)濾布吸離濾液，留下濾餅在濾布上，隨著轉(zhuǎn)鼓角度的變換，濾餅就會(huì)被刮刀進(jìn)行刮離，此時(shí)刮離的濾餅就可以被傳送裝置等傳入到回轉(zhuǎn)窯里。

利用隔膜式壓濾機(jī)進(jìn)脫水，這種方法必須要求隔膜式壓榨機(jī)的脫水壓力超過一個(gè)兆帕，在實(shí)際生產(chǎn)中使用進(jìn)口的先進(jìn)壓濾機(jī)有時(shí)甚至能達(dá)到1.6個(gè)兆帕的壓力，在這種高壓狀態(tài)下，偏鈦酸溶液中的水分很容易就能被壓出去。

以上各種脫水設(shè)備在實(shí)際鈦白過程中均被廣泛的應(yīng)用過，但當(dāng)前我國(guó)使用較多的還是真空式的轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)以及隔膜式的壓濾機(jī)。通過對(duì)這二者的對(duì)比比較可以發(fā)現(xiàn)，與國(guó)內(nèi)的隔膜式壓濾機(jī)比較，進(jìn)口的真空式轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)由于其高昂的價(jià)格和使用費(fèi)，較差的以及脫水效果等特點(diǎn)，已經(jīng)被逐漸取代。

5 包膜后再次水洗

進(jìn)行該環(huán)節(jié)主要是出于以下兩個(gè)原因。第一個(gè)即是該環(huán)節(jié)可以對(duì)附著在鈦氧化物上的可溶性金屬鹽進(jìn)行再次處理，第二個(gè)原因是它可以降低濾餅中的水分，便于后續(xù)的干燥。包膜后的再水洗一般使用葉濾機(jī)或者是壓濾機(jī)進(jìn)行，通過對(duì)二者的比較可以發(fā)現(xiàn)，雖然壓濾機(jī)的電能消耗略大一點(diǎn)，但由于其造價(jià)和水耗較低，濾餅中的水分也較少，所以在鈦白行業(yè)使用的更為廣泛。

6 結(jié)束語

鈦白工程設(shè)計(jì)中的分離和過濾對(duì)于最終產(chǎn)品的質(zhì)量有著重要的影響，它的分離過濾過程也包含著眾多的工序。如果能夠合理的對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)備進(jìn)行選型，就能夠在保證分離過濾效果的同時(shí)，為鈦白生產(chǎn)企業(yè)節(jié)省大量的資金能源消耗。由于筆者能力和文章篇幅的限制，文中出現(xiàn)的很多問題都未能深入展開，筆者希望通過以上分析論述能為廣大鈦白行業(yè)從業(yè)人員提供一定的借鑒和幫助。

［1］朱德坤.鈦白濾液液固分離工藝淺析［J］.科學(xué)導(dǎo)報(bào)，2013，（10）.

［2］龔家竹.固液分離在硫酸法鈦白粉生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.化工設(shè)備技術(shù)，2011，（01）.

［3］唐文騫.中國(guó)產(chǎn)圓盤真空過濾機(jī)在鈦白粉生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2004，（04）.

［4］周均生.新型螺旋卸料機(jī)沉降－過濾離心機(jī)在鈦白行業(yè)的應(yīng)用［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2013，（05）.

［5］羅武生.箱式壓濾機(jī)在鈦白粉生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2007，（07）.

［6］李婉茹.硫酸法太白生產(chǎn)的可持續(xù)性發(fā)展研究［J］.廣州化工，2010，（12）.

Selection and Optimization on Filtration and Separating Equipment in Titanium White Engineering Design

Cui Ning
（CNOOC Sahndong Chemical Engineering Co.，Ltd，Jinan，250101）

Filtration and separation is an important procedure is titanium white production process.In this procedure，filter，pressure filter，leaf filter，centrifuge and vacuum drum filter are used.Proper selection can improve the energy efficiency and economical benefits.

titanium white；filtration and separation；equipment selection

TQ134.11

B

1003-6490（2015）02-0033-04

2015－04－18

崔寧（1981－），男，漢族，山東濟(jì)南人，工程師，主要從事化工設(shè)計(jì)工作。