硅藻土助濾劑在硫酸法鈦白生產(chǎn)中的應(yīng)用

    1鈦液助濾劑的作用及其要求

    硅藻土助濾劑在硫酸法鈦白生產(chǎn)中主要應(yīng)用在鈦液的過濾工序。鈦液過濾的主要目的是除去鈦液中所含的少量極細(xì)的懸浮固體顆粒雜質(zhì)和膠體顆粒雜質(zhì)，以滿足產(chǎn)品質(zhì)量的要求。鈦液過濾遵循過濾基本方程式，即過濾速率與過濾面積和過濾壓力成正比，與濾液黏度和濾餅厚度成反比。由于鈦液具有熱敏性，即溫度升高會(huì)降低鈦液的穩(wěn)定性，因此不便于采取提高鈦液溫度、降低鈦液黏度的方法提高過濾速率，生產(chǎn)過程中一般都采取提高過濾壓力即加壓過濾的方法，且大多采用板框壓濾機(jī)或者廂式壓濾機(jī)。然而，一味地加大壓力，既會(huì)因細(xì)小的顆粒雜質(zhì)從布縫中擠出而降低濾液質(zhì)量，也會(huì)因?yàn)V布的孔眼或者濾餅的顆粒間隙變窄而使過濾速度變慢，甚至?xí)驗(yàn)V布孔眼或者濾餅顆粒間隙堵塞而使過濾過程終止。

    科學(xué)合理地使用助濾劑，可以較好地解決鈦液過濾中所出現(xiàn)的上述問題。因?yàn)橹鸀V劑有助于形成較為疏松的濾餅，可以增加孔隙率，減少壓縮率，防止濾孔堵塞或者變窄，使濾液得以暢流。根據(jù)過濾的基本原理，結(jié)合鈦白生產(chǎn)的實(shí)際特點(diǎn),對(duì)鈦液過濾助劑的基本要求是：

    (1)應(yīng)是能夠形成多孔床層的細(xì)小顆粒，以使濾餅有良好的滲透性和較小的流動(dòng)阻力;

    (2)應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性，不與鈦液(含H2SO420%～30%)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不溶解于鈦液之中;

    (3)顆粒質(zhì)地堅(jiān)硬，在鈦液過濾操作的壓力范圍內(nèi)(≤1.0MPa)具有不可壓縮性，以保持較高的空隙率;

    (4)粒度分布均勻，在鈦液中具有較好的懸浮分

    散性;

    (5)價(jià)廉易得，來源豐富，符合環(huán)境保護(hù)的要求。

    傳統(tǒng)使用的助濾劑是木炭粉，由于燒制木炭粉要?dú)纳仲Y源，破壞生態(tài)環(huán)境，不符合環(huán)境保護(hù)的要求，而我國的硅藻土資源十分豐富。硅藻土是由中新世紀(jì)時(shí)期10萬年以前積存在海洋、湖泊中的單細(xì)胞硅藻微生物的殘骸，經(jīng)自然沉積作用逐漸演變形成的一種非金屬礦物。目前，世界上硅藻土總開采量中的60%以上用于加工過濾材料，其中絕大部分用于制備硅藻土助濾劑。但是，我國在硅藻土資源的開發(fā)和利用上，還相對(duì)滯后，尚未把資源優(yōu)勢(shì)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。我國硅藻土資源的SiO2含量較高，經(jīng)過酸洗、干燥后的燒成品硅藻土中SiO2含量可達(dá)88%以上，相對(duì)密度2.1～2.5，耐酸性能好，便于在鈦液過濾中形成疏松、多孔、具有良好的吸附性能和抗壓性能的助濾層。

    2硅藻土在鈦液過濾中的應(yīng)用

    硅藻土助濾劑在鈦液過濾中的應(yīng)用操作分兩步進(jìn)行：

    2.1預(yù)涂

    預(yù)涂即在鈦液過濾操作之前，預(yù)先把硅藻土助濾劑涂于過濾介質(zhì)即濾布之上。將硅藻土在預(yù)涂罐中按一定比例(一般為1∶8～1∶10)配成懸浮液，再將此懸浮液通過預(yù)涂泵打入充滿清水或者過濾液的壓濾機(jī)中，經(jīng)過反復(fù)循環(huán)(約12～30min)直至循環(huán)液清澈。

    這樣便在過濾介質(zhì)(濾布)上形成一層均勻分布的預(yù)涂層。配制懸浮液，一般采用清水，也可以采用較為澄清的鈦液。預(yù)涂用的硅藻土量，一般可取800～1000g/m2，預(yù)涂最大流速不應(yīng)超過0.2m3/(m2·h)。預(yù)涂層是鈦液過濾的基礎(chǔ)濾床，其質(zhì)量好壞將直接關(guān)系到整個(gè)過濾周期的成功與否。

    預(yù)涂時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

    (1)預(yù)涂時(shí)的硅藻土用量，應(yīng)以能形成1～3mm厚的過濾層為宜。以某廠經(jīng)驗(yàn)為例，采用80m2的板框壓濾機(jī)，預(yù)涂時(shí)每次添加硅藻土助濾劑100kg，可以連續(xù)過濾5d，每天生產(chǎn)成品17～18t;

    (2)預(yù)涂時(shí)板框壓濾機(jī)中要預(yù)先充滿液體，并從機(jī)器上部排凈空氣;

    (3)預(yù)涂時(shí)應(yīng)不斷打循環(huán)。因?yàn)橐婚_始濾餅尚未形成，部分微細(xì)的顆粒會(huì)穿過濾布進(jìn)入濾液，循環(huán)可將穿濾的顆粒重新攔截在濾餅的表層。循環(huán)時(shí)間的長(zhǎng)短，取決于對(duì)濾液澄清度要求的高低。

    2.2添加過濾

    當(dāng)過濾含固體和膠體雜質(zhì)較少的鈦液時(shí)，在預(yù)涂層做好之后，可不必添加硅藻土助濾劑就直接過濾。當(dāng)過濾含固體和膠體雜質(zhì)較多的鈦液時(shí)，或者當(dāng)過濾濃度和黏度較高的鈦液時(shí)，必須向過濾鈦液中添加適量的硅藻土助濾劑。否則，預(yù)涂層的表面會(huì)很快布滿固體和膠體雜質(zhì)，阻塞過濾孔道，使濾餅兩側(cè)的壓力降迅速上升，過濾周期大大縮短。

    過濾時(shí)添加硅藻土助濾劑和預(yù)涂步驟類似。先在混合罐中把硅藻土配成一定濃度(一般為1∶8～1∶10)的懸浮液，由計(jì)量添加泵按一定的行程將懸浮液泵入進(jìn)液總管中與待過濾鈦液自行混合均勻后再進(jìn)入壓濾機(jī)。這樣，所添加的硅藻土助濾劑與過濾鈦液中的懸浮固體和膠體雜質(zhì)均勻混合沉積在預(yù)涂層或者濾餅的外表面，連續(xù)不斷地形成新的過濾層，使濾餅始終保持良好的過濾性能。新濾層既具有捕捉鈦液中懸浮固體和膠體雜質(zhì)的能力，又允許清液通過迷宮形的微孔通道，從而使過濾得以順利進(jìn)行。過濾時(shí)硅藻土助濾劑的添加量取決于待濾鈦液的混濁度。不同批次鈦液的混濁度是不同的，同一槽鈦液的上下兩部分的混濁度也不盡相同。因此，應(yīng)當(dāng)靈活掌握計(jì)量泵的行程，調(diào)整硅藻土助濾劑的添加量。

    有研究表明，不同的硅藻土助濾劑添加量對(duì)同種鈦液過濾時(shí)壓力降升高速度和整個(gè)過濾周期的長(zhǎng)短影響是很大的。當(dāng)添加量不足時(shí)，壓力降一開始就迅速升高，從而大大縮短了過濾周期。當(dāng)添加量過多時(shí)，開始時(shí)壓力降升高速度較慢，但后來由于助濾劑迅速填滿了壓濾機(jī)的濾腔，沒有空間再容納新的固體，壓力降迅速升高，流量急劇下降，迫使壓濾過程停止，從而也使壓濾周期縮短。只有當(dāng)添加量適當(dāng)時(shí)，壓力降的升高速度和濾腔的填充速度適中時(shí)，才可以獲得最長(zhǎng)的過濾周期和最大的過濾產(chǎn)量。最合適的添加量是在生產(chǎn)實(shí)踐中通過條件試驗(yàn)總結(jié)出來的，不可一概而論。

    3結(jié)語

    據(jù)調(diào)查，目前硅藻土助濾劑在廣西、四川、云南等地鈦白粉廠均有應(yīng)用。在同等過濾條件下，硅藻土助濾劑消耗量比木炭粉助濾劑消耗量有較大幅度的減少，成本費(fèi)用有所降低。以硅藻土代替木炭粉，有利于開發(fā)我國豐富的硅藻土資源，保護(hù)有限的森林資源，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的和諧統(tǒng)一。