陶瓷膜過濾技術(shù)在鹽水精制中的應(yīng)用

張偉，王歡，劉倍君，張麗虹

(金川集團化工新材料有限責(zé)任公司，甘肅 金昌 737100)

金川集團化工新材料有限責(zé)任公司(以下簡稱“金川化工”)首期燒堿裝置于2009年10月投產(chǎn)，截至2020年燒堿產(chǎn)能達40萬t/a，目前全部采用離子膜法制堿工藝。隨著燒堿產(chǎn)能提升，一次鹽水工序在原有建設(shè)基礎(chǔ)上，通過技術(shù)革新、設(shè)備換代，目前形成預(yù)處理器+凱膜/預(yù)處理器+陶瓷膜共同生產(chǎn)運行模式，提高了鹽水產(chǎn)能,滿足了生產(chǎn)需求。

金川化工采用的是江蘇久吾高科技股份有限公司的陶瓷膜過濾分離系統(tǒng)，該陶瓷膜鹽水精制改造項目自2021年2月投入運行以來，經(jīng)過1年試運行，鹽水精制陶瓷膜系統(tǒng)運行穩(wěn)定，鹽水品質(zhì)優(yōu)于指標(biāo)要求，為延長樹脂塔再生周期和離子膜電解槽的平穩(wěn)運行提供了有力保障。

1 陶瓷膜的組成、過濾原理及工藝特點

1.1 陶瓷膜的組成及過濾原理

陶瓷膜過濾分離系統(tǒng)包括膜組件、原料輸送系統(tǒng)、壓力流量測量控制系統(tǒng)等。采用錯流過濾方式，與終端過濾不同的是，錯流過濾在過濾界面兩側(cè)存在的滲透液(清液)和循環(huán)液(濃縮液)兩股液體不斷流動，不會在過濾界面處形成濾餅層；當(dāng)循環(huán)液含固量達到一定濃度時，在滿足系統(tǒng)平衡條件下，連續(xù)排出截留液。陶瓷膜過濾原理及組件如圖1所示。

圖1 陶瓷膜過濾原理及組成

陶瓷膜組件是由金屬外殼和多根多通道膜元件組成的，通過金屬外殼將多根多通道膜元件組裝在一起，具體根數(shù)和多通道膜元件的規(guī)格型號根據(jù)實際需要選擇。陶瓷膜組件可單組使用，也可多組并聯(lián)使用[1]。

1.2 陶瓷膜過濾工藝的特點

與傳統(tǒng)過濾工藝比較，陶瓷膜具有以下特點。

(1)抗污染“錯流”過濾，適用于高鈣鎂、高有機物原料，降低原鹽品質(zhì)要求，拓寬選鹽范圍。

(2)膜不受酸、堿、氧化劑的影響，可在1 MPa壓力下工作5年以上。

(3)不存在膜表面剝離、撕裂、腐蝕、孔徑拉伸等情況，壽命長。

(4)過濾孔徑小于50 nm，過濾后鹽水中SS質(zhì)量分數(shù)小于5×10-5，減輕螯合樹脂塔負荷和對離子膜污染。

2 鹽水精制工藝

鹽水精制過程包括化鹽、精制反應(yīng)、過濾分離，工藝流程如圖2所示。

圖2 鹽水精制工藝流程示意圖

來自電解工序的淡鹽水、脫硝淡鹽水、軟水、濾液等雜水，在配水罐中混合后作為化鹽水，由化鹽池給料泵經(jīng)板式換熱器加熱后進入化鹽池，將原鹽溶解得到飽和粗鹽水；在折流槽內(nèi)加入氫氧化鈉、次氯酸鈉、氯化鋇等精制劑后進入前反應(yīng)槽充分反應(yīng);通過加壓泵將前反應(yīng)槽內(nèi)的粗鹽水輸送至氣水混合器與空氣混合后進入加壓溶氣罐，在文丘里混合器加入三氯化鐵溶液后進入預(yù)處理器，經(jīng)上排泥和下排泥之后的粗鹽水自流進入后反應(yīng)槽;向后反應(yīng)槽加入碳酸鈉溶液后，鹽水進入進液緩沖罐;粗鹽水用膜過濾進料泵經(jīng)鹽水粗過濾器截留一定粒徑的機械雜質(zhì)后送至陶瓷膜過濾單元進行過濾分離，清液自出口送至電解工序。

3 運行分析

從陶瓷膜過濾器出水質(zhì)量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中抽取2021年12月至2022年5月的部分數(shù)據(jù)，結(jié)果如表1所示，數(shù)據(jù)曲線如圖3所示。

由表1可以看出：陶瓷膜運行穩(wěn)定，過堿量控制在一定范圍，氯化鈉質(zhì)量濃度穩(wěn)定在300～315 g/L，鈣、鎂離子含量均合格。

表1 陶瓷膜過濾器出水質(zhì)量統(tǒng)計

從表1、圖3可得：ρ(Ca2+)+ρ(Mg2+)<1 mg/L，ρ(Mg2+)/ρ(Ca2+)<1。因粗鹽水中的碳酸鈣為結(jié)晶型沉淀，易過濾；氫氧化鎂為膠體絮狀物，可穩(wěn)定較好地包裹碳酸鈣。因此，過濾效果良好。

4 運行注意事項

(1)對陶瓷膜進行再生。為清除膜管表面和膜孔內(nèi)的細小雜質(zhì)，陶瓷膜應(yīng)進行物理反沖洗和化學(xué)清洗，恢復(fù)陶瓷膜通量。

圖3 陶瓷膜過濾器出水中Ca2+、Mg2+含量變化趨勢

(2)控制好固液比。在循環(huán)側(cè)通過調(diào)節(jié)閥連續(xù)排出一部分濃縮鹽水，以維持陶瓷膜固含量為30%～40%。固液比過低，將增加鹽泥板框壓濾機的負荷;固液比過高，影響精鹽水流量，同時加劇陶瓷膜的磨損。

(3)控制好溫度。由于鹽水黏度隨溫度升高而降低，而黏度越小的液體過濾阻力越小，通量越大。陶瓷膜的過濾溫度要穩(wěn)定控制在55～65 ℃。

5 結(jié)語

陶瓷膜鹽水精制過濾技術(shù)具有工藝流程短、設(shè)備少、運行費用低等優(yōu)點，且設(shè)備操作簡單、運行穩(wěn)定，不需要頻繁反沖和清洗。如何發(fā)揮陶瓷膜短流程生產(chǎn)優(yōu)勢，與傳統(tǒng)處理系統(tǒng)形成產(chǎn)業(yè)互補，降低一次鹽水運行成本，維持生產(chǎn)的高效、可靠性是關(guān)鍵。通過運行摸索，該生產(chǎn)系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟效益明顯。