全自動陶瓷膜稠厚器及其在輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)中應(yīng)用

崔繼超，李占川，胡永琪

（1.河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河北石家莊050018；2.石家莊佳友科技有限公司）

化工裝備與設(shè)計

全自動陶瓷膜稠厚器及其在輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)中應(yīng)用

崔繼超1，李占川2，胡永琪1

（1.河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河北石家莊050018；2.石家莊佳友科技有限公司）

陶瓷膜是以無機陶瓷介質(zhì)為原料經(jīng)特殊工藝制成的非對稱性膜。利用陶瓷膜具有孔徑分布窄、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、抗污染能力強、機械強度大和膜再生性能好等優(yōu)點，開發(fā)了全自動陶瓷膜稠厚器并將其應(yīng)用于輕鈣生產(chǎn)中，作為離心過濾之前的碳酸鈣料液的稠厚器，以提高離心機脫水效率。全自動陶瓷膜稠厚器縮短了碳酸鈣生產(chǎn)周期，最大程度地減少傳統(tǒng)脫水工藝中輕鈣組分的流失。

陶瓷膜；稠厚器；全自動；輕質(zhì)碳酸鈣

在輕鈣生產(chǎn)工藝過程中，經(jīng)過碳化后的碳酸鈣漿液需要經(jīng)過一段時間的自然沉降稠垢后再進入過濾工序離心脫水。其目的除了工藝需要以外，更主要在于通過提高進入離心機的漿液濃度從而縮短離心機的進料時間，并且防止離心機震動、減少輕鈣的流失。因此，在進入離心機之前將碳酸鈣漿液進行稠化，對現(xiàn)有離心機離心效率的提高和減少輕鈣的流失十分重要。

目前，許多輕鈣生產(chǎn)廠家的過濾工序使用刮刀式離心機，離心操作一段時間后，在濾布上沉積的碳酸鈣濾餅層越來越密實，導(dǎo)致過濾效果下降，開始出現(xiàn)跑料情況。有時跑料量最大甚至達到10%，并且濾液中的輕鈣組分多為小粒徑碳酸鈣顆粒，采用沉淀池沉降回收輕鈣較為困難，沉降時間更長。特別是對于環(huán)境溫度較低的地區(qū)和季節(jié)，采用沉淀池沉降回收輕鈣，由于濾液沉降時間較長造成漿液溫度降低太多，致使離心機對回收濾液無法有效進行再次過濾，輕鈣組分回收較為困難，流失嚴(yán)重。筆者采用陶瓷膜過濾器作為料液稠厚器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的自然沉降池，很好地解決了上述問題，提高了碳酸鈣漿液的沉降效率和離心機離心效率。同時減少了輕鈣組分跑料量，提高了生產(chǎn)效率，減少了損失，并且在環(huán)境溫度較低地區(qū)和季節(jié)中也同樣適用，避免了輕鈣生產(chǎn)因季節(jié)性和地域性差異帶來的不便之處。

1　陶瓷膜稠厚器的基本原理

無機膜分離技術(shù)以其高效、節(jié)能和環(huán)保等優(yōu)良特性，已廣泛用于化工、醫(yī)藥和食品等領(lǐng)域［1-2］。陶瓷膜是以無機陶瓷介質(zhì)為原料經(jīng)特殊工藝制作而成的非對稱性膜，主要的分離機理為篩分效應(yīng)，是目前無機膜過濾領(lǐng)域的高端產(chǎn)品［3］。陶瓷膜管作為新型超細(xì)粉體固液分離元件，具有諸多優(yōu)點：1）孔徑分布窄，分離效率高，處理效果穩(wěn)定；2）化學(xué)穩(wěn)定性好，pH適用范圍廣，耐酸、耐堿、耐有機溶劑及氧化劑；3）耐高溫，可用蒸汽反沖再生和高溫原位消毒滅菌；4）抗污染能力強，分離過程中無二次溶出物產(chǎn)生，不會發(fā)生膜孔溶漲而導(dǎo)致截留性能的變化；5）機械強度大，膜再生性能好，清洗后膜通量恢復(fù)穩(wěn)定；6）分離過程簡單，能耗低，操作維護簡便；7）膜使用壽命長等［4］。

陶瓷膜過濾機內(nèi)部一般采用若干可再生的陶瓷膜過濾管件組成一定面積的過濾器，由進料泵將低濃度物料打入過濾機，濾液經(jīng)陶瓷膜管件過濾后匯集排出。隨著過濾的進行，過濾機內(nèi)物料濃度逐漸升高，同時過濾管外壁形成濾餅，過濾壓力升高，濾液量減少，高濃度物料由排料口排出。此時，過濾器再生裝置開始作業(yè)，洗滌裝置對陶瓷膜過濾管進行反清洗，使過濾介質(zhì)再生，保持過濾機工作穩(wěn)定。生產(chǎn)過程中實際應(yīng)用的陶瓷膜裝置包括陶瓷微濾膜設(shè)備、陶瓷超濾膜設(shè)備、陶瓷復(fù)合膜設(shè)備三大類，經(jīng)實際生產(chǎn)運行證明，該裝置可取代傳統(tǒng)的澄清過濾、除菌過濾和分離及部分濃縮工藝。

2　輕鈣生產(chǎn)用陶瓷膜稠厚器的開發(fā)

碳化后的懸浮料液中含有的一定濃度的固體碳酸鈣顆粒，為了提高離心機的操作效率，首先需要對懸浮料液進行稠厚，以提高料漿中碳酸鈣顆粒的濃度。經(jīng)對井陘某輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)企業(yè)離心后的濾液做現(xiàn)場取樣，其中所含碳酸鈣固體顆粒的電鏡照片見圖1。由圖1可見，其顆粒形狀為紡錘形，直徑約為0.3 μm，長約為1 μm。這些是碳酸鈣料液中較小的碳酸鈣顆粒，是陶瓷膜稠厚器需要截留的碳酸鈣顆粒大小。

圖1　輕質(zhì)碳酸鈣顆粒SEM照片

筆者利用陶瓷膜的上述特性，開發(fā)了專用于輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)的稠厚器，目前已在多家碳酸鈣生產(chǎn)企業(yè)中投入使用，其工藝流程如圖2所示。

進料泵將離心機濾液打入稠厚器殼程內(nèi)，清水經(jīng)陶瓷膜過濾匯聚到稠厚器的上封頭殼程內(nèi)，經(jīng)封頭上面的管路流到清水池，同時少量的碳酸鈣顆粒被擋在陶瓷膜外，逐漸形成濾餅。隨著過濾的不斷進行，濾餅的厚度不斷增加；過濾器下椎體殼程內(nèi)的離心機濾液的濃度也會逐漸提高。陶瓷膜外壁由于濾餅的厚度增加過濾速率下降，此時應(yīng)該停止進料，相關(guān)閥門關(guān)閉；對陶瓷膜進行反向洗滌再生。陶瓷膜外壁上的濾餅由于受到反向洗滌液的沖刷與陶瓷膜剝離。由于過濾器的下部閥門已經(jīng)開啟，濃縮后濾液連同陶瓷膜外壁剝離的濾餅一起排出稠厚器，一個循環(huán)結(jié)束。特別指出的是，陶瓷膜稠厚器為電腦控制的全自動操作，在陶瓷膜稠厚器工作過程中，會自動排出輕鈣濃漿和濾餅，并對陶瓷膜進行反洗。所以陶瓷膜稠厚器可以實現(xiàn)無人操作，如果出現(xiàn)故障則有自動報警停機保護功能，并且自帶多級保護程序。

圖2　專用于輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)的稠厚器工藝流程示意圖

在輕鈣生產(chǎn)過程中采用陶瓷膜稠厚器不僅能夠增稠碳化后的料液，代替自然沉降池，同樣也可以回收離心機的濾液，從而提高輕鈣生產(chǎn)效率、減少輕鈣跑料量。此外，對于環(huán)境溫度較低的地區(qū)或季節(jié)來講，由于離心機濾出濾液的溫度一般為50℃左右，使用陶瓷膜稠厚器可減少溫度損失，這樣即使將回收的料液和碳化后的濾液混合也不會影響離心機的過濾效果。同時將較清的陶瓷膜過濾后的熱水（陶瓷膜過濾水的鈣含量檢測不到數(shù)值）送至消化工序，可以有效提高消化工序的消化效果，對保持產(chǎn)品品質(zhì)、提高輕鈣沉降體積具有一定的幫助。

3　陶瓷膜稠厚器應(yīng)用實例及使用效果對比

1）陶瓷膜在河北某廠用于輕鈣離心機前的料液增稠，碳化后漿液在自然沉降塔的下塔的質(zhì)量濃度為151 g/L。經(jīng)過陶瓷膜稠厚器增稠處理后，進入離心機的漿液質(zhì)量濃度一般在211 g/L以上。離心機的生產(chǎn)效率提高了10%以上，同時離心機的濾液可以不需要沉淀直接用于消化工序。

2）山西某鈣廠使用10臺1250刮刀離心機進行輕鈣的脫水。未使用陶瓷膜稠厚器之前，離心機濾液的質(zhì)量濃度平均為62～86 g/L，使用陶瓷膜稠厚器以后，回收增稠后的濾液質(zhì)量濃度約為224 g/L，增稠后濾液打入離心機循環(huán)脫水，經(jīng)過陶瓷膜稠厚器處理后濾液直接用于消化工序，效果十分理想。原來的

自然沉降池全部取消，變成了儲水池。此崗位工人只需根據(jù)檢測離心機的濾液濃度，來設(shè)定陶瓷膜的運行參數(shù)，勞動強度大為降低，同時也大大改善了工作環(huán)境。

4　結(jié)束語

陶瓷膜稠厚器用于輕鈣生產(chǎn)過程，增稠效果明顯，采用陶瓷膜稠厚器替代原來的自然沉降池，工廠環(huán)境得到改善，操作工人勞動強度大大降低，離心機生產(chǎn)效率進一步提高，離心機濾液中輕鈣組分的流失情況大大降低，并且通過陶瓷膜稠厚器處理后濾液可直接用于消化工序，提高了水的循環(huán)利用效率，減少對環(huán)境的污染和資源的浪費。在環(huán)境溫度較低的地區(qū)和季節(jié)使用陶瓷膜稠厚器，減少了由于環(huán)境溫度較低帶來的輕鈣生產(chǎn)過程中的問題。陶瓷膜稠厚器應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，隨著膜分離技術(shù)的提高，將會被應(yīng)用于更多的行業(yè)，應(yīng)用前景十分廣泛［5］。

［1］王華，劉艷飛，彭東明，等.膜分離技術(shù)的研究進展及應(yīng)用展望［J］.應(yīng)用化工，2013，42（3）：532-534.

［2］岳志新，馬東祝，趙麗娜，等.膜分離技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢［J］.云南地理環(huán)境研究，2006，18（5）：52-57.

［3］周文輝.陶瓷膜過濾器在微粉氫氧化鋁生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.過濾與分離，2009，19（2）：43-44，47.

［4］范益群，漆虹，徐南平.多孔陶瓷膜制備技術(shù)研究進展［J］.化工學(xué)報，2013，64（1）：107-115.

［5］張小賽，倪衛(wèi)紅.陶瓷膜發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用研究［J］.環(huán)境工程，2013，31（6）：108-111，95.

聯(lián)系方式：cuijichao1992@163.com

Application of automatic ceramic membrane thickener in production of precipitated calcium carbonate

Cui Jichao1，Li Zhanchuan2，Hu Yongqi1
（1.College of Chemical and Pharmaceutical Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang 050018，China；2.Shijiazhuang Jiayou Technology Co.，Ltd.）

Ceramic membrane is a kind of asymmetric membrane and is made from inorganic ceramic by special process. Ceramic membrane has narrow pore size distribution，good chemical stability，high temperature resistance，strong ability to resist pollution，as well as good mechanical strength and membrane regeneration performance.Automatic ceramic membrane thickener was designed and manufactured，and was applied as a thickener in the filtration process of precipitated calcium carbonate（PCC）production to raise the concentration of PCC before filtration operation.It will be improved the efficiency of the centrifuge dehydration，shorten the filtration operation cycle，and minimize the loss of PCC.

ceramic membrane；thickener；automatic operation；precipitated calcium carbonate

TQ132.32

A

1006-4990（2016）05-0058-02

2015-12-20

崔繼超（1992—），男，碩士研究生，主研究方向為甲苯液相催化氧化反應(yīng)，已公開發(fā)表文章3篇。