鈦白工程設計中過濾與分離設備選型及優(yōu)化

崔 寧

（中海油山東化學工程有限責任公司，山東濟南 250101）

設計總結

鈦白工程設計中過濾與分離設備選型及優(yōu)化

崔 寧

（中海油山東化學工程有限責任公司，山東濟南 250101）

過濾和分離是鈦白生產(chǎn)工程中一個重要的工作環(huán)節(jié)，其工作內容包含著從熱過濾到一、二、三次水洗的整個過程。鈦白生產(chǎn)中過濾和分離使用的主要設備有過濾機器、壓濾機器、葉濾機器、離心機器、真空轉鼓式過濾機等，對過濾分離設備進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)濟效益。

鈦白；過濾與分離：設備選型

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、白石、石英砂的微小粒子，同時還有硅鋁等元素的膠體粒子，以及一些硫酸鹽雜質。就國內的鈦白產(chǎn)業(yè)來說，由于鈦鐵礦石的供應主要受市場關系的影響，所以黑鈦液的質量成分非常的差，某些膠體雜質大量的存在于黑鈦液中。由于各種雜質很難通過沉降完全消除，溶液中的鈦就含有很強的粘性，從而造成有關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)常被用來進行固液分離的壓濾機，筆者在此不作過多敘述。近些年來市場上有出現(xiàn)了一種新式的管式過濾機，通過對管式過濾機的使用調查發(fā)現(xiàn)，這種過濾機有著非常理想的過濾效果。管式過濾機內部組成較為復雜，其工作環(huán)節(jié)主要包括過濾和按時清洗兩個環(huán)節(jié)。

通過對管式過濾機和傳統(tǒng)壓濾機的對比比較發(fā)現(xiàn)，二者的購買費用相差不大但電能的消耗卻比較明顯，傳統(tǒng)的板框式壓力機的單位能耗大約是管式壓濾機能耗的二倍還多。與此同時，新型管式過濾機的過濾精度有10的負五次方，它大約等于傳統(tǒng)辦事壓濾機熱過濾與經(jīng)過濾兩個步驟的過濾效果。另外，年運行費用低、操作強度小等也是管式過濾機的優(yōu)點。由此可見，與傳統(tǒng)板式壓濾機相比，管式壓濾機有著相當明顯的優(yōu)勢。

2 硫酸亞鐵分離

結晶后的黑鈦液體通常以七水硫酸酸亞鐵的狀態(tài)體現(xiàn)，與冷凍式結晶法相比，真空式結晶法在當前的鈦白工程生產(chǎn)中使用的更為廣泛。由于真空式結晶法具有溫度下降迅速、結晶期間短以及需要強攪拌的特點，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溶液的過濾能力，同時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，針對這點，可以選擇的過濾機主要有真空驅動型的真空式抽濾機、圓盤式真空過濾機，以及主要以離心例為驅動方式的離心機。在實際鈦白生產(chǎn)的過程中，真空式抽濾機僅適合于產(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與離心機。

圓盤式真空過濾機主要有8 m2、14 m2、18 m2、20 m2以及25 m2等不同類型。其每個及其每年的生產(chǎn)量大約為1～3萬t，驅動器屬于無極調速型。

離心機主要是根據(jù)離心作用來進行固液分離的工作。我國在整個鈦白產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中曾經(jīng)大量應用過各式各樣的離心機，其中還包括進口國外的優(yōu)秀離心機。就目前使用的離心機種類來看，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是最為廣泛的，因此筆者主要介紹這兩種離心機。

臥式活塞推料離心機對溶液中固體的質量分數(shù)有不小于百分之二十四的標準，所以在實際工作中，還必須另外添加一部增加稠度的設備來增加鈦液中固體的質量分數(shù)。該種離心機的型號字母表示為HR。

雙支撐臥式刮刀卸料離心機是一種生產(chǎn)能力較大的離心機，國內應用于生產(chǎn)都不多，大多為引進德國的進口設備。該類離心機的主要代表就是Φ2050型離心機，經(jīng)它分離的黑鈦液其硫酸亞鐵能夠達到百分之六左右的含水量，效果較為突出。該離心機在結構構成上與我國自產(chǎn)的虹吸式離心機有著諸多相似之處，其主要差別在于它沒有設置相應的虹吸口，其鈦液是經(jīng)機殼歸集以后自動流出。

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

3 偏鈦酸的過濾洗滌

3.1 水洗規(guī)定

偏鈦酸液體經(jīng)過水解以后的化學組成較為復雜，對這種液體的分離卻比較好進行。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，這些物質的能夠對產(chǎn)出品的光學顏料等性能產(chǎn)生極大的不良影響。所以為了避免這些雜質對產(chǎn)品的影響，通常利用水洗的方法進行液體去雜，當偏鈦酸溶液中的鐵含量小于萬分之一時即視為符合標準。

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去除到規(guī)定的標準，另外諸如亞鐵粒子等金屬粒子很容易在水洗的途中因為溶液的酸度下降而變?yōu)槿齼r鐵離子，然后形成氫氧化鐵并融合在濾餅內不能進行徹底的消除，這就最終導致濾餅內鐵的比例不能達到標準。為此，必須在一次的水洗之后增加一個環(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再次轉變?yōu)殡x子的形式，此時高價的金屬離子就會變成低價的氧化物，然后再對其進行第二次的水洗過程，使得偏鈦酸的濃度達到規(guī)定的標準。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 水洗設備

對于偏鈦酸的洗滌和過濾，一般是通過真空式葉濾機、離心機以及真空式轉鼓過濾機等裝置進行固液分離操作。筆者在此介紹幾種在實際生產(chǎn)中使用較為廣泛的種類真空式葉濾機在實際生產(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型機組，但我國國內較少出現(xiàn)。

隔膜式壓濾機是一種最先在國外使用的水洗設備，后來經(jīng)過國內生產(chǎn)商的設計生產(chǎn)，以及在鈦白生產(chǎn)領域得到了大量的使用，其使用規(guī)模與葉濾機差不多等同。

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

4 偏鈦酸漿液的脫水

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

利用離心機的脫水處理，此方法通常是在三足離心機的轉鼓里邊設置一張濾布，然后把經(jīng)過鹽處理的偏鈦酸漿液放進三足離心機內，當三足離心機開始運轉時，漿液中的水分就會在離心力的作用下分離出來，分離完成后，再取出偏鈦酸進行后續(xù)工作處理。利用葉濾機的脫水處理，該環(huán)節(jié)使用的葉濾機與前述水洗環(huán)節(jié)所使用的葉濾機相同，這里的工作只是相當于再次進行葉濾機水洗的上片步驟。葉濾機在上片厚度合適的時候就會被抬起，置于回轉窯槽上，待經(jīng)過一定的抽干再把其中的濾餅拿出來，利用本裝置把它傳送到回轉窯的里邊。

利用真空式轉鼓過濾機進行脫水處理，一般用在稠度不大并且比較容易進行過濾操作的溶液中，使用該種過濾機能夠不間斷進行大規(guī)模處理，且方便對濾布與濾餅進行再次使用和清理，因此該方法使用的較為普遍。具體處理過程是，通過設置在漿料槽上轉鼓的旋轉作用，使各個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，隨著轉鼓角度的變換，濾餅就會被刮刀進行刮離，此時刮離的濾餅就可以被傳送裝置等傳入到回轉窯里。

利用隔膜式壓濾機進脫水，這種方法必須要求隔膜式壓榨機的脫水壓力超過一個兆帕，在實際生產(chǎn)中使用進口的先進壓濾機有時甚至能達到1.6個兆帕的壓力，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。

以上各種脫水設備在實際鈦白過程中均被廣泛的應用過，但當前我國使用較多的還是真空式的轉鼓過濾機以及隔膜式的壓濾機。通過對這二者的對比比較可以發(fā)現(xiàn)，與國內的隔膜式壓濾機比較，進口的真空式轉鼓過濾機由于其高昂的價格和使用費，較差的以及脫水效果等特點，已經(jīng)被逐漸取代。

5 包膜后再次水洗

進行該環(huán)節(jié)主要是出于以下兩個原因。第一個即是該環(huán)節(jié)可以對附著在鈦氧化物上的可溶性金屬鹽進行再次處理，第二個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或者是壓濾機進行，通過對二者的比較可以發(fā)現(xiàn)，雖然壓濾機的電能消耗略大一點，但由于其造價和水耗較低，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 結束語

鈦白工程設計中的分離和過濾對于最終產(chǎn)品的質量有著重要的影響，它的分離過濾過程也包含著眾多的工序。如果能夠合理的對各個環(huán)節(jié)的設備進行選型，就能夠在保證分離過濾效果的同時，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。

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［3］唐文騫.中國產(chǎn)圓盤真空過濾機在鈦白粉生產(chǎn)中的應用［J］.無機鹽工業(yè)，2004，（04）.

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［5］羅武生.箱式壓濾機在鈦白粉生產(chǎn)中的應用［J］.無機鹽工業(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，山東濟南人，工程師，主要從事化工設計工作。