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硅藻土助滤剂在硫酸法钛白生产中的应用及要求
来源:中国粉体技术网    更新时间:2015-04-13 10:45:42    浏览次数:
 
1 钛液助滤剂的作用及其要求
  
硅藻土助滤剂在硫酸法钛白生产中主要应用在钛液的过滤工序。钛液过滤的主要目的是除去钛液中所含的少量极细的悬浮固体颗粒杂质和胶体颗粒杂质,以满足产品质量的要求。钛液过滤遵循过滤基本方程式,即过滤速率与过滤面积和过滤压力成正比,与滤液黏度和滤饼厚度成反比。由于钛液具有热敏性,即温度升高会降低钛液的稳定性,因此不便于采取提高钛液温度、降低钛液黏度的方法提高过滤速率,生产过程中一般都采取提高过滤压力即加压过滤的方法,且大多采用板框压滤机或者厢式压滤机。然而,一味地加大压力,既会因细小的颗粒杂质从布缝中挤出而降低滤液质量,也会因滤布的孔眼或者滤饼的颗粒间隙变窄而使过滤速度变慢,甚至会因滤布孔眼或者滤饼颗粒间隙堵塞而使过滤过程终止。
  科学合理地使用助滤剂,可以较好地解决钛液过滤中所出现的上述问题。因为助滤剂有助于形成较为疏松的滤饼,可以增加孔隙率,减少压缩率,防止滤孔堵塞或者变窄,使滤液得以畅流。根据过滤的基本原理,结合钛白生产的实际特点 , 对钛液过滤助剂的基本要求是:
  ( 1 )应是能够形成多孔床层的细小颗粒,以使滤饼有良好的渗透性和较小的流动阻力;
  ( 2) 应具有化学稳定性,不与钛液 ( 含 H2SO4 20% ~ 30%) 发生化学反应,也不溶解于钛液之中;
  ( 3 )颗粒质地坚硬,在钛液过滤操作的压力范围内(≤ 1.0MPa )具有不可压缩性,以保持较高的空隙率;
  ( 4 )粒度分布均匀,在钛液中具有较好的悬浮分散性;
  ( 5 )价廉易得,来源丰富,符合环境保护的要求。
传统使用的助滤剂是木炭粉,由于烧制木炭粉要毁坏森林资源,破坏生态环境,不符合环境保护的要求,而我国的硅藻土资源十分丰富。硅藻土是由中新世纪时期 10 万年以前积存在海洋、湖泊中的单细胞硅藻微生物的残骸,经自然沉积作用逐渐演变形成的一种非金属矿物。目前,世界上硅藻土总开采量中的 60% 以上用于加工过滤材料,其中绝大部分用于制备硅藻土助滤剂。但是,我国在硅藻土资源的开发和利用上,还相对滞后,尚未把资源优势变为经济优势。我国硅藻土资源的 SiO2 含量较高,经过酸洗、干燥后的烧成品硅藻土中 SiO2 含量可达 88% 以上,相对密度 2.1 ~ 2.5 ,耐酸性能好,便于在钛液过滤中形成疏松、多孔、具有良好的吸附性能和抗压性能的助滤层。
2 硅藻土在钛液过滤中的应用
  硅藻土助滤剂在钛液过滤中的应用操作分两步进行:
2.1 预涂
  预涂即在钛液过滤操作之前,预先把硅藻土助滤剂涂于过滤介质即滤布之上。将硅藻土在预涂罐中按一定比例 ( 一般为 1∶8 ~ 1∶10) 配成悬浮液,再将此悬浮液通过预涂泵打入充满清水或者过滤液的压滤机中,经过反复循环 ( 约 12 ~ 30min) 直至循环液清澈。
  这样便在过滤介质 ( 滤布 ) 上形成一层均匀分布的预涂层。配制悬浮液,一般采用清水,也可以采用较为澄清的钛液。预涂用的硅藻土量,一般可取 800 ~1000g /m2 ,预涂最大流速不应超过 0.2m3 /(m2·h) 。预涂层是钛液过滤的基础滤床,其质量好坏将直接关系到整个过滤周期的成功与否。
  预涂时还应注意以下几点:
  (1) 预涂时的硅藻土用量,应以能形成 1 ~ 3mm 厚的过滤层为宜。以某厂经验为例,采用 80m 2 的板框压滤机,预涂时每次添加硅藻土助滤剂 100kg ,可以连续过滤 5 d ,每天生产成品 17 ~ 18 t;
  (2) 预涂时板框压滤机中要预先充满液体,并从机器上部排净空气 ;
  (3) 预涂时应不断打循环。因为一开始滤饼尚未形成,部分微细的颗粒会穿过滤布进入滤液,循环可将穿滤的颗粒重新拦截在滤饼的表层。循环时间的长短,取决于对滤液澄清度要求的高低。
2.2 添加过滤
  当过滤含固体和胶体杂质较少的钛液时,在预涂层做好之后,可不必添加硅藻土助滤剂就直接过滤。当过滤含固体和胶体杂质较多的钛液时,或者当过滤浓度和黏度较高的钛液时,必须向过滤钛液中添加适量的硅藻土助滤剂。否则,预涂层的表面会很快布满固体和胶体杂质,阻塞过滤孔道,使滤饼两侧的压力降迅速上升,过滤周期大大缩短。
  过滤时添加硅藻土助滤剂和预涂步骤类似。先在混合罐中把硅藻土配成一定浓度 ( 一般为 1∶ 8~1 ∶ 10) 的悬浮液,由计量添加泵按一定的行程将悬浮液泵入进液总管中与待过滤钛液自行混合均匀后再进入压滤机。这样,所添加的硅藻土助滤剂与过滤钛液中的悬浮固体和胶体杂质均匀混合沉积在预涂层或者滤饼的外表面,连续不断地形成新的过滤层,使滤饼始终保持良好的过滤性能。新滤层既具有捕捉钛液中悬浮固体和胶体杂质的能力,又允许清液通过迷宫形的微孔通道,从而使过滤得以顺利进行。过滤时硅藻土助滤剂的添加量取决于待滤钛液的混浊度。不同批次钛液的混浊度是不同的,同一槽钛液的上下两部分的混浊度也不尽相同。因此,应当灵活掌握计量泵的行程,调整硅藻土助滤剂的添加量。
  有研究表明,不同的硅藻土助滤剂添加量对同种钛液过滤时压力降升高速度和整个过滤周期的长短影响是很大的。当添加量不足时,压力降一开始就迅速升高,从而大大缩短了过滤周期。当添加量过多时,开始时压力降升高速度较慢,但后来由于助滤剂迅速填满了压滤机的滤腔,没有空间再容纳新的固体,压力降迅速升高,流量急剧下降,迫使压滤过程停止,从而也使压滤周期缩短。只有当添加量适当时,压力降的升高速度和滤腔的填充速度适中时,才可以获得最长的过滤周期和最大的过滤产量。最合适的添加量是在生产实践中通过条件试验总结出来的,不可一概而论。
3 结 语
  据调查,目前硅藻土助滤剂在广西、四川、云南等地钛白粉厂均有应用。在同等过滤条件下,硅藻土助滤剂消耗量比木炭粉助滤剂消耗量有较大幅度的减少,成本费用有所降低。以硅藻土代替木炭粉,有利于开发我国丰富的硅藻土资源,保护有限的森林资源,实现经济发展与环境保护的和谐统一。


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