在天然碱加工中,首先要经过天然碱的溶化、澄清等碱液精制过程。传统的做法是:原料碱先经过溶化制成浑碱液,然后将浑碱液送至道尔式澄清桶中沉降,沉降后清液送蒸发,澄清泥(一次泥)入洗泥桶洗涤后排放。由于天然碱泥是由颗粒极细小的硅酸盐、铝酸盐和碳酸盐等组成,随着碱矿石的溶解,碱泥形成胶溶体,飘浮在碱液中,经沉降后澄清泥的固液比低(体积比约为30%),泥中夹带有大量的碱液,虽然经洗涤,但排泥的含碱量仍很高;另外,澄清后的碱液浊度高,有机质含量高,易引起蒸发器起泡、带液,给操作带来不便,对产品的质量也造成很大的影响,尤其是粒状纯碱的生产,有机质含量高,浊度高时产品的粒度和白度都达不到要求,给企业造成损失。
　　针对上述问题,我院对一次泥及澄清液的过滤方法进行了改进,使用PE微孔过滤器这种新型过滤设备,并取得了很好的使用效果。
　　PE微孔过滤器首先应用于污水处理中过滤污水中的不溶物及其它杂质。随着生产技术的不断发展,这种过滤器以其过滤后滤液清澈度高,不溶物含量低、无毒、无害的优点而引进到了其它行业,正在越来越广泛地被使用。
　　在研究实践中,对微孔过滤器的结构,使用条件不断摸索,并加以改进,从小规模发展到大型化生产,设备及微孔管全部自行组织生产,适应了不同生产条件的需求。目前,我院已拥有11台(套)上海纬福过滤设备有限公司生产的PE管过滤器,总过滤面积为1450m?,分别用于过滤一次泥、澄清碱液、浑碱液和烧碱盐析液、碳化用碱液等。

　1、过滤原理及工艺流程简述

　　PE微孔过滤器是由滤管、滤盒、出液管、本体等组成,PE微孔管装入过滤器内,碱泥或碱液通过PE微孔管时,细泥及一些有机质微粒附着在管的外壁,而液体通过滤管上的微孔渗入管内,经滤盒收集后由出口溢出。微孔管由高分子物质烧结而成,烧结过程中形成微孔,调节烧结温度可得到不同孔径的烧结管,适用于不同过滤介质的需要。
　　工艺流程简述:澄清一次泥(澄清碱液、浑碱液、盐析液等)用泵送入PE微孔过滤器内,按初始低压—形成滤饼—逐步加压—排渣的程序进行操作,初始压力控制在0.03MPa以下,待滤液中的渣质在过滤管外壁上形成一层滤饼时,在泵的压力作用下,悬浮液中的微粒会在微孔道外迅速发生“架桥”现象,因而使一部分直径小于微孔道的细小颗粒也被截住,滤液穿过滤饼进入滤盒,从出液管流出至贮桶,送下道工序使用。其工艺流程简图见图1。
　　随着滤饼的形成,逐渐进行加压操作,但压力不超过0.2MPa,根据过滤器压力和出料情况确定排渣时间,排渣时,从反吹阀中通入0.4~0.6MPa的压缩空气,进行瞬间反吹排渣,然后加入洗水洗涤,洗后水及时排出泥浆送洗泥桶,若过滤烧碱盐析液,洗后水送贮桶循环增浓后送蒸发。
　　微孔过滤器的滤管分若干组,可分别观察到过滤情况,若发现其中一组碱液不合格,关闭这组滤管,使其停止工作。

　2、生产应用效果

　　2.1　过滤质量

　　2.1.1　浑碱液过滤

　　PE微孔过滤器的选择,解决了浑碱液直接过滤的难题。内蒙古的天然碱湖大部分分布在干旱的沙漠地带,在成湖(矿)过程中,受长期的风沙侵袭以及湖(矿)外围地面径流带入泥沙,矿中水不溶物含量很大,除化碱带出一部分泥外,多数的泥由碱液带至澄清工序,且泥的颗粒细小,澄清困难,尤其部分碱矿石(如合同查汗淖三采区的矿石),澄清速度极慢,难以直接利用,选用PE微孔过滤器后,浑碱液得到了直接过滤,滤后液的质量高、效果好(见表1),可直接送至蒸发系统生产。在此之前,我们也选用了一些过滤设备,如机械过滤器、密闭式压滤机等,对浑碱液直接过滤做过尝试,但滤出的碱液浑浊度高,达不到精加工的要求,不能使用。之后又利用板框压滤机过滤浑液,虽然经再三选择滤布,浑液滤后的质量有所提高,但过滤速度慢,在很短时间内,细泥就堵塞了滤布孔,被迫卸泥,由于滤板间未充满滤饼,每一次卸泥都排掉了很大一部分碱液,损失浪费严重。再加上滤泥粘在滤布间,卸泥时需用水反复冲洗才可又一次进料,有效作业时间短,生产很不经济。

　　2.1.2　一次泥过滤

　　以往的一次泥,即澄清泥,直接送至洗泥桶洗涤,为保持生产系统的水平衡,洗泥时加水量不可能太大,因而洗后排泥的含碱仍很高,一般都在8%以上,经微孔过滤器过滤后,由于二次泥(过滤后排泥)固液比提高,泥量减少,洗泥桶洗后泥的含碱量不大于3%,既减轻了洗泥负荷,又使排泥含碱降低,节省了原料消耗,降低了生产成本。我院现纯碱生产能力为50kt/a,平均每天排一次泥约250m?,排泥含碱量在20%左右,经过滤后每天在原来洗泥的基础上可回收碱25t(折100%Na2CO3),全年可回收碱7500t。

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　　2.1.3　澄清液过滤

　　连续澄清桶澄清的碱液,浊度一般都在50ppm以上,碱液中由于有机质的存在,颜色呈淡,用此碱液生产的纯碱,白度较差,尤其是用于粒状纯碱的生产中,影响粒度的形成,若操作不当,蒸发中极易造成过量的细晶,引起在离心机中漏网、蒸发器“乱罐”等不正常现象,经微孔过滤后,碱液的浊度可控制在20ppm左右,颜色清澈透明,既便于蒸发操作,又使产品的质量得到了保证。澄清液过滤前后质量对照见表3。

　　2.1.4　烧碱盐析液的过滤

　　在苛化法生产烧碱过程中,盐析工序是控制烧碱质量的关键工序。生产中,原料天然碱的质量差异较大,有二层碱、秋季日晒碱、夏季日晒碱等,总碱含量从15%(重量)至30%,盐硝含量从1%至10%不等,尤其NaCl含量高时,靠蒸发难以分离,主要依靠冷析过滤,我们将冷析后的NaOH溶液通过微孔过滤器,滤出冷析澄清液中不易沉降的细小晶核,进一步提高了盐析完成液的质量,保证了烧碱的纯度。
　　过滤前后烧碱液的质量情况对照见表4。

　　2.2　过滤能力

　　100m?过滤器不同介质的过滤能力测试数据情况见表5。

　　由表可知,物料的粘度越大,悬浮物含量越高,过滤能力越小,卸料次数越频繁。

　3、过滤器及配套设备简介

　　3.1　过滤器　　PE微孔过滤器中PE管一端由丝嘴与滤盒相连,另一端封闭并垂直在过滤器内,滤液通过PE管上的微孔在压力作用下进入管内,收集于滤盒后通过管道流出,出液管装有视镜及阀门,可观察和控制出液情况,过滤器上装有空气反吹管,反吹的作用是吹出滤盒及滤管内的液体,吹落滤管外壁的吸附层,过滤器上还装有压力表,根据压力升降情况和出液量控制排渣时间。
　　过滤器内的PE管是由一种高分子聚合物在一定温度下烧结而成,具有耐酸、耐碱、耐压等特点,调节烧结温度,可得到不同微孔的PE管,制作中只要购入原料和不同模具在烘干箱内就可完成。

　　3.2　配套设备　　PE微孔过滤器的配套设备较简单,只需配备进料泵、空气压缩机即可运行。

　4、经济效益和社会效益

　　4.1　经济效益　　我院*批选用上海纬福过滤设备有限公司的100m?PE管过滤器,后来用于过滤碳化用碱液,过滤一次泥又新制做了6台150m?的过滤器,共投资41万元(包括配套设备、土建等全部费用),每m?过滤面积投资为455.6元,过滤器的过滤能力为0.00698m?/m?.h(一次泥的过滤能力),日过滤清液量为0.1256m?/m?(有效生产时间按18h/日计),6台过滤器清液113.04m?/日,折算为标方清液产量为248.78m?(标)/日(含总碱100g/L为1标方),折纯碱25吨/日,7500吨/年,我院碱液制备车间的清碱液成本为22.73元/标方,经微孔过滤后碱液成本为9.09元/标方,每年可节约成本(仅碱液一项)100多万元,不到半年即可回收全部投资。
　　若用过滤回收的碱液生产粒状纯碱,固碱液成本低,全过程的生产成本约为500元/吨,全年可获得400多万元的经济效益。

　　4.2　社会效益　　本装置的投入生产后,运行稳定,过滤效果好,解决了碱液精制难的问题,在澄清泥直接回收利用方面开辟了一条新的技术途径。回收澄清泥中的碱液既降低了生产费用,又节约了原料碱,延长了碱湖的服务年限。在烧碱盐析液的精制过程中,也取得了良好的效果,使苛化法烧碱的质量上了一个新的台阶,具有很好的应用推广价值,另外,本设备也可用于化工厂“三废”治理中废渣废水的回收利用。

　　5、存在问题　　PE微孔管使用一定时间后,微孔管就会堵塞,虽用稀酸浸泡,冲洗进行再生处理,但寿命一般为一年半,且再生一次需将设备内的滤盒提出,比较麻烦,下一步还需对PE管的材质进行研究实验,尽量减少再生次数及延长使用寿命,以使本设备更加完善。

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