钛白工程设计中过滤与分离设备选型及优化

崔 宁

（中海油山东化学工程有限责任公司，山东济南 250101）

设计总结

钛白工程设计中过滤与分离设备选型及优化

崔 宁

（中海油山东化学工程有限责任公司，山东济南 250101）

过滤和分离是钛白生产工程中一个重要的工作环节，其工作内容包含着从热过滤到一、二、三次水洗的整个过程。钛白生产中过滤和分离使用的主要设备有过滤机器、压滤机器、叶滤机器、离心机器、真空转鼓式过滤机等，对过滤分离设备进行合理的选型能够有效的提高生产过程中能源的使用率，从而增加企业的经济效益。

钛白；过滤与分离：设备选型

1 钛液热过滤

通过酸解方法制作的黑钛液是一种成分非常繁杂的液体，其中不仅含有没有经过分解的钛铁物质、白石、石英砂的微小粒子，同时还有硅铝等元素的胶体粒子，以及一些硫酸盐杂质。就国内的钛白产业来说，由于钛铁矿石的供应主要受市场关系的影响，所以黑钛液的质量成分非常的差，某些胶体杂质大量的存在于黑钛液中。由于各种杂质很难通过沉降完全消除，溶液中的钛就含有很强的粘性，从而造成有关溶液的分离效果下降，使得钛白生产中使用的硫酸亚铁中含有大量的钛，最终降低了产品的使用率。为了解决以上问题，钛白产业在发展的过程中逐渐加入了热过滤这道工作环节，热过滤环节所使用的也是经常被用来进行固液分离的压滤机，笔者在此不作过多叙述。近些年来市场上有出现了一种新式的管式过滤机，通过对管式过滤机的使用调查发现，这种过滤机有着非常理想的过滤效果。管式过滤机内部组成较为复杂，其工作环节主要包括过滤和按时清洗两个环节。

通过对管式过滤机和传统压滤机的对比比较发现，二者的购买费用相差不大但电能的消耗却比较明显，传统的板框式压力机的单位能耗大约是管式压滤机能耗的二倍还多。与此同时，新型管式过滤机的过滤精度有10的负五次方，它大约等于传统办事压滤机热过滤与经过滤两个步骤的过滤效果。另外，年运行费用低、操作强度小等也是管式过滤机的优点。由此可见，与传统板式压滤机相比，管式压滤机有着相当明显的优势。

2 硫酸亚铁分离

结晶后的黑钛液体通常以七水硫酸酸亚铁的状态体现，与冷冻式结晶法相比，真空式结晶法在当前的钛白工程生产中使用的更为广泛。由于真空式结晶法具有温度下降迅速、结晶期间短以及需要强搅拌的特点，工作中产生的硫酸亚铁一般颗粒都非常的小，这就要求提高过滤装置对溶液的过滤能力，同时带来了过滤装置选择的难题。固液分离是硫酸亚铁的主要分离方式，针对这点，可以选择的过滤机主要有真空驱动型的真空式抽滤机、圆盘式真空过滤机，以及主要以离心例为驱动方式的离心机。在实际钛白生产的过程中，真空式抽滤机仅适合于产量低于一万吨的小型生产企业，所以笔者这里主要介绍圆盘式真空过滤机与离心机。

圆盘式真空过滤机主要有8 m2、14 m2、18 m2、20 m2以及25 m2等不同类型。其每个及其每年的生产量大约为1～3万t，驱动器属于无极调速型。

离心机主要是根据离心作用来进行固液分离的工作。我国在整个钛白产业发展的过程中曾经大量应用过各式各样的离心机，其中还包括进口国外的优秀离心机。就目前使用的离心机种类来看，卧式的活塞推料型与双支撑卧式的刮刀卸料型这两类离心机是最为广泛的，因此笔者主要介绍这两种离心机。

卧式活塞推料离心机对溶液中固体的质量分数有不小于百分之二十四的标准，所以在实际工作中，还必须另外添加一部增加稠度的设备来增加钛液中固体的质量分数。该种离心机的型号字母表示为HR。

双支撑卧式刮刀卸料离心机是一种生产能力较大的离心机，国内应用于生产都不多，大多为引进德国的进口设备。该类离心机的主要代表就是Φ2050型离心机，经它分离的黑钛液其硫酸亚铁能够达到百分之六左右的含水量，效果较为突出。该离心机在结构构成上与我国自产的虹吸式离心机有着诸多相似之处，其主要差别在于它没有设置相应的虹吸口，其钛液是经机壳归集以后自动流出。

通过对德国生产的Φ2050型离心机与圆盘式真空过滤机的对比比较发现，前者的主要特点就是过滤效果较理想，电能消耗较低，但同时价格较高，维修与更换零件也较为繁琐，所以在我国的使用范围并不广。目前在我国钛白生产过程中，主要是通过设置两层的分离装置来达到硫酸亚铁的低含水量，第一层是通过圆盘式真空过滤机进行分离，第二层则使用RH630—N型离心机进行分离，这样就能在达到硫酸亚铁低水分（其含水量大约为百分之五到百分之七）的同时，增加分离的经济性。

3 偏钛酸的过滤洗涤

3.1 水洗规定

偏钛酸液体经过水解以后的化学组成较为复杂，对这种液体的分离却比较好进行。但需要说明的是，液体中水合二氧化钛的存在使得其它的外表极易布满母液，而母液中存在的众多的硫酸亚铁和各种硫酸盐，这些物质的能够对产出品的光学颜料等性能产生极大的不良影响。所以为了避免这些杂质对产品的影响，通常利用水洗的方法进行液体去杂，当偏钛酸溶液中的铁含量小于万分之一时即视为符合标准。

一般情况下，经过一次的水洗基本不可能将偏钛酸溶液中的杂质去除到规定的标准，另外诸如亚铁粒子等金属粒子很容易在水洗的途中因为溶液的酸度下降而变为三价铁离子，然后形成氢氧化铁并融合在滤饼内不能进行彻底的消除，这就最终导致滤饼内铁的比例不能达到标准。为此，必须在一次的水洗之后增加一个环节，即增加漂白的环节，将第一次水洗中形成的沉淀物质再次转变为离子的形式，此时高价的金属离子就会变成低价的氧化物，然后再对其进行第二次的水洗过程，使得偏钛酸的浓度达到规定的标准。第二次水洗以后的铁含量必须保持在十万分之三以下。

3.2 水洗设备

对于偏钛酸的洗涤和过滤，一般是通过真空式叶滤机、离心机以及真空式转鼓过滤机等装置进行固液分离操作。笔者在此介绍几种在实际生产中使用较为广泛的种类真空式叶滤机在实际生产中大都为180 m2规格，有的生产商也生产规格较大的200、268 m2型机组，但我国国内较少出现。

隔膜式压滤机是一种最先在国外使用的水洗设备，后来经过国内生产商的设计生产，以及在钛白生产领域得到了大量的使用，其使用规模与叶滤机差不多等同。

通过对压滤机和叶滤机的对比比较发现，在对偏钛酸的两次水洗过程中使用压滤机能够节省更多的投资资金、工作成本以及水量消耗。但实际钛白生产中就二者的使用效果还不能得出一致的意见，过去有很多人认为使用压滤机进行洗涤的效果较差，叶滤机具有更好的使用效果，但根据多年的技术完善，如今的压滤机已经拥有了和叶滤机差不多的性能，所以压滤机的适用范围也在不断增大。水洗设备可以根据使用者自己的特点进行选取。

4 偏钛酸浆液的脱水

一般来说，在经历过盐处理以后，偏钛酸溶液会仍旧处于一种粘稠状，所以对其进行回转窑的煅烧处理之前，必须通过提供足够的热量使偏钛酸浆液进行充分蒸发处理，之后再进行脱硫以及晶型的转化等。通常来说，水含量越低的偏钛酸溶液，在进行窑内煅烧时就越能减少能源的消耗。与此同时，水含量低的偏钛酸溶液还能更快的在回转窑内进行脱水处理，也能更早的进行脱硫处理，从而能够增大回转窑的使用效率。由于以上因素，当今钛白生产企业对于偏钛酸回转窑前的水分降低，投入了越来越多的注意力，其主要方法是通过离心机、叶滤机、真空式转鼓过滤机以及隔膜压滤机等来实现。

利用离心机的脱水处理，此方法通常是在三足离心机的转鼓里边设置一张滤布，然后把经过盐处理的偏钛酸浆液放进三足离心机内，当三足离心机开始运转时，浆液中的水分就会在离心力的作用下分离出来，分离完成后，再取出偏钛酸进行后续工作处理。利用叶滤机的脱水处理，该环节使用的叶滤机与前述水洗环节所使用的叶滤机相同，这里的工作只是相当于再次进行叶滤机水洗的上片步骤。叶滤机在上片厚度合适的时候就会被抬起，置于回转窑槽上，待经过一定的抽干再把其中的滤饼拿出来，利用本装置把它传送到回转窑的里边。

利用真空式转鼓过滤机进行脱水处理，一般用在稠度不大并且比较容易进行过滤操作的溶液中，使用该种过滤机能够不间断进行大规模处理，且方便对滤布与滤饼进行再次使用和清理，因此该方法使用的较为普遍。具体处理过程是，通过设置在浆料槽上转鼓的旋转作用，使各个隔室都能沉入到滤液，再在真空状态下经滤布吸离滤液，留下滤饼在滤布上，随着转鼓角度的变换，滤饼就会被刮刀进行刮离，此时刮离的滤饼就可以被传送装置等传入到回转窑里。

利用隔膜式压滤机进脱水，这种方法必须要求隔膜式压榨机的脱水压力超过一个兆帕，在实际生产中使用进口的先进压滤机有时甚至能达到1.6个兆帕的压力，在这种高压状态下，偏钛酸溶液中的水分很容易就能被压出去。

以上各种脱水设备在实际钛白过程中均被广泛的应用过，但当前我国使用较多的还是真空式的转鼓过滤机以及隔膜式的压滤机。通过对这二者的对比比较可以发现，与国内的隔膜式压滤机比较，进口的真空式转鼓过滤机由于其高昂的价格和使用费，较差的以及脱水效果等特点，已经被逐渐取代。

5 包膜后再次水洗

进行该环节主要是出于以下两个原因。第一个即是该环节可以对附着在钛氧化物上的可溶性金属盐进行再次处理，第二个原因是它可以降低滤饼中的水分，便于后续的干燥。包膜后的再水洗一般使用叶滤机或者是压滤机进行，通过对二者的比较可以发现，虽然压滤机的电能消耗略大一点，但由于其造价和水耗较低，滤饼中的水分也较少，所以在钛白行业使用的更为广泛。

6 结束语

钛白工程设计中的分离和过滤对于最终产品的质量有着重要的影响，它的分离过滤过程也包含着众多的工序。如果能够合理的对各个环节的设备进行选型，就能够在保证分离过滤效果的同时，为钛白生产企业节省大量的资金能源消耗。由于笔者能力和文章篇幅的限制，文中出现的很多问题都未能深入展开，笔者希望通过以上分析论述能为广大钛白行业从业人员提供一定的借鉴和帮助。

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［4］周均生.新型螺旋卸料机沉降－过滤离心机在钛白行业的应用［J］.无机盐工业，2013，（05）.

［5］罗武生.箱式压滤机在钛白粉生产中的应用［J］.无机盐工业，2007，（07）.

［6］李婉茹.硫酸法太白生产的可持续性发展研究［J］.广州化工，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

崔宁（1981－），男，汉族，山东济南人，工程师，主要从事化工设计工作。