在天然堿加工中,首先要經(jīng)過天然堿的溶化、澄清等堿液精制過程。傳統(tǒng)的做法是:原料堿先經(jīng)過溶化制成渾堿液,然后將渾堿液送至道爾式澄清桶中沉降,沉降后清液送蒸發(fā),澄清泥(一次泥)入洗泥桶洗滌后排放。由于天然堿泥是由顆粒極細(xì)小的硅酸鹽、鋁酸鹽和碳酸鹽等組成,隨著堿礦石的溶解,堿泥形成膠溶體,飄浮在堿液中,經(jīng)沉降后澄清泥的固液比低(體積比約為30%),泥中夾帶有大量的堿液,雖然經(jīng)洗滌,但排泥的含堿量仍很高;另外,澄清后的堿液濁度高,有機(jī)質(zhì)含量高,易引起蒸發(fā)器起泡、帶液,給操作帶來不便,對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量也造成很大的影響,尤其是粒狀純堿的生產(chǎn),有機(jī)質(zhì)含量高,濁度高時(shí)產(chǎn)品的粒度和白度都達(dá)不到要求,給企業(yè)造成損失。
　　針對(duì)上述問題,我院對(duì)一次泥及澄清液的過濾方法進(jìn)行了改進(jìn),使用PE微孔過濾器這種新型高效過濾設(shè)備,并取得了很好的使用效果。
　　PE微孔過濾器首先應(yīng)用于污水處理中過濾污水中的不溶物及其它雜質(zhì)。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展,這種過濾器以其過濾后濾液清澈度高,不溶物含量低、無毒、無害的優(yōu)點(diǎn)而引進(jìn)到了其它行業(yè),正在越來越廣泛地被使用。
　　在研究實(shí)踐中,對(duì)微孔過濾器的結(jié)構(gòu),使用條件不斷摸索,并加以改進(jìn),從小規(guī)模發(fā)展到大型化生產(chǎn),設(shè)備及微孔管全部自行組織生產(chǎn),適應(yīng)了不同生產(chǎn)條件的需求。目前,我院已擁有11臺(tái)(套)過濾器,總過濾面積為1450m²,分別用于過濾一次泥、澄清堿液、渾堿液和燒堿鹽析液、碳化用堿液等。

　1、過濾原理及工藝流程簡述

　　PE微孔過濾器是由濾管、濾盒、出液管、本體等組成,PE微孔管裝入過濾器內(nèi),堿泥或堿液通過PE微孔管時(shí),細(xì)泥及一些有機(jī)質(zhì)微粒附著在管的外壁,而液體通過濾管上的微孔滲入管內(nèi),經(jīng)濾盒收集后由出口溢出。微孔管由高分子物質(zhì)燒結(jié)而成,燒結(jié)過程中形成微孔,調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度可得到不同孔徑的燒結(jié)管,適用于不同過濾介質(zhì)的需要。
　　工藝流程簡述:澄清一次泥(澄清堿液、渾堿液、鹽析液等)用泵送入PE微孔過濾器內(nèi),按初始低壓—形成濾餅—逐步加壓—排渣的程序進(jìn)行操作,初始?jí)毫刂圃?.03MPa以下,待濾液中的渣質(zhì)在過濾管外壁上形成一層濾餅時(shí),在泵的壓力作用下,懸浮液中的微粒會(huì)在微孔道外迅速發(fā)生“架橋”現(xiàn)象,因而使一部分直徑小于微孔道的細(xì)小顆粒也被截住,濾液穿過濾餅進(jìn)入濾盒,從出液管流出至貯桶,送下道工序使用。其工藝流程簡圖見圖1。
　　隨著濾餅的形成,逐漸進(jìn)行加壓操作,但壓力不超過0.2MPa,根據(jù)過濾器壓力和出料情況確定排渣時(shí)間,排渣時(shí),從反吹閥中通入0.4~0.6MPa的壓縮空氣,進(jìn)行瞬間反吹排渣,然后加入洗水洗滌,洗后水及時(shí)排出泥漿送洗泥桶,若過濾燒堿鹽析液,洗后水送貯桶循環(huán)增濃后送蒸發(fā)。
　　微孔過濾器的濾管分若干組,可分別觀察到過濾情況,若發(fā)現(xiàn)其中一組堿液不合格,關(guān)閉這組濾管,使其停止工作。

　2、生產(chǎn)應(yīng)用效果

　　2.1　過濾質(zhì)量

　　2.1.1　渾堿液過濾

　　PE微孔過濾器的選擇,解決了渾堿液直接過濾的難題。內(nèi)蒙古的天然堿湖大部分分布在干旱的沙漠地帶,在成湖(礦)過程中,受長期的風(fēng)沙侵襲以及湖(礦)外圍地面徑流帶入泥沙,礦中水不溶物含量很大,除化堿帶出一部分泥外,多數(shù)的泥由堿液帶至澄清工序,且泥的顆粒細(xì)小,澄清困難,尤其部分堿礦石(如合同查汗淖三采區(qū)的礦石),澄清速度極慢,難以直接利用,選用PE微孔過濾器后,渾堿液得到了直接過濾,濾后液的質(zhì)量高、效果好(見表1),可直接送至蒸發(fā)系統(tǒng)生產(chǎn)。在此之前,我們也選用了一些過濾設(shè)備,如機(jī)械過濾器、密閉式壓濾機(jī)等,對(duì)渾堿液直接過濾做過嘗試,但濾出的堿液渾濁度高,達(dá)不到精加工的要求,不能使用。之后又利用板框壓濾機(jī)過濾渾液,雖然經(jīng)再三選擇濾布,渾液濾后的質(zhì)量有所提高,但過濾速度慢,在很短時(shí)間內(nèi),細(xì)泥就堵塞了濾布孔,被迫卸泥,由于濾板間未充滿濾餅,每一次卸泥都排掉了很大一部分堿液,損失浪費(fèi)嚴(yán)重。再加上濾泥粘在濾布間,卸泥時(shí)需用水反復(fù)沖洗才可又一次進(jìn)料,有效作業(yè)時(shí)間短,生產(chǎn)很不經(jīng)濟(jì)。

　　2.1.2　一次泥過濾

　　以往的一次泥,即澄清泥,直接送至洗泥桶洗滌,為保持生產(chǎn)系統(tǒng)的水平衡,洗泥時(shí)加水量不可能太大,因而洗后排泥的含堿仍很高,一般都在8%以上,經(jīng)微孔過濾器過濾后,由于二次泥(過濾后排泥)固液比提高,泥量減少,洗泥桶洗后泥的含堿量不大于3%,既減輕了洗泥負(fù)荷,又使排泥含堿降低,節(jié)省了原料消耗,降低了生產(chǎn)成本。我院現(xiàn)純堿生產(chǎn)能力為50kt/a,平均每天排一次泥約250m³,排泥含堿量在20%左右,經(jīng)過濾后每天在原來洗泥的基礎(chǔ)上可回收堿25t(折100%Na2CO3),全年可回收堿7500t。

　　2.1.3　澄清液過濾

　　連續(xù)澄清桶澄清的堿液,濁度一般都在50ppm以上,堿液中由于有機(jī)質(zhì)的存在,顏色呈淡,用此堿液生產(chǎn)的純堿,白度較差,尤其是用于粒狀純堿的生產(chǎn)中,影響粒度的形成,若操作不當(dāng),蒸發(fā)中極易造成過量的細(xì)晶,引起在離心機(jī)中漏網(wǎng)、蒸發(fā)器“亂罐”等不正常現(xiàn)象,經(jīng)微孔過濾后,堿液的濁度可控制在20ppm左右,顏色清澈透明,既便于蒸發(fā)操作,又使產(chǎn)品的質(zhì)量得到了保證。澄清液過濾前后質(zhì)量對(duì)照見表3。

　　2.1.4　燒堿鹽析液的過濾

　　在苛化法生產(chǎn)燒堿過程中,鹽析工序是控制燒堿質(zhì)量的關(guān)鍵工序。生產(chǎn)中,原料天然堿的質(zhì)量差異較大,有二層堿、秋季日曬堿、夏季日曬堿等,總堿含量從15%(重量)至30%,鹽硝含量從1%至10%不等,尤其NaCl含量高時(shí),靠蒸發(fā)難以分離,主要依靠冷析過濾,我們將冷析后的NaOH溶液通過微孔過濾器,濾出冷析澄清液中不易沉降的細(xì)小晶核,進(jìn)一步提高了鹽析完成液的質(zhì)量,保證了燒堿的純度。
　　過濾前后燒堿液的質(zhì)量情況對(duì)照見表4。

　　2.2　過濾能力

　　100m²過濾器不同介質(zhì)的過濾能力測試數(shù)據(jù)情況見表5。

　　由表可知,物料的粘度越大,懸浮物含量越高,過濾能力越小,卸料次數(shù)越頻繁。

　3、過濾器及配套設(shè)備簡介

　　3.1　過濾器　　PE微孔過濾器中PE管一端由絲嘴與濾盒相連,另一端封閉并垂直在過濾器內(nèi),濾液通過PE管上的微孔在壓力作用下進(jìn)入管內(nèi),收集于濾盒后通過管道流出,出液管裝有視鏡及閥門,可觀察和控制出液情況,過濾器上裝有空氣反吹管,反吹的作用是吹出濾盒及濾管內(nèi)的液體,吹落濾管外壁的吸附層,過濾器上還裝有壓力表,根據(jù)壓力升降情況和出液量控制排渣時(shí)間。
　　過濾器內(nèi)的PE管是由一種高分子聚合物在一定溫度下燒結(jié)而成,具有耐酸、耐堿、耐壓等特點(diǎn),調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度,可得到不同微孔的PE管,制作中只要購入原料和不同模具在烘干箱內(nèi)就可完成。

　　3.2　配套設(shè)備　　PE微孔過濾器的配套設(shè)備較簡單,只需配備進(jìn)料泵、空氣壓縮機(jī)即可運(yùn)行。

　4、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

　　4.1　經(jīng)濟(jì)效益　　我院第一批選用的100m²過濾器,后來用于過濾碳化用堿液,過濾一次泥又新制做了6臺(tái)150m²的過濾器,共投資41萬元(包括配套設(shè)備、土建等全部費(fèi)用),每m²過濾面積投資為455.6元,過濾器的過濾能力為0.00698m³/m².h(一次泥的過濾能力),日過濾清液量為0.1256m³/m²(有效生產(chǎn)時(shí)間按18h/日計(jì)),6臺(tái)過濾器清液113.04m³/日,折算為標(biāo)方清液產(chǎn)量為248.78m³(標(biāo))/日(含總堿100g/L為1標(biāo)方),折純堿25噸/日,7500噸/年,我院堿液制備車間的清堿液成本為22.73元/標(biāo)方,經(jīng)微孔過濾后堿液成本為9.09元/標(biāo)方,每年可節(jié)約成本(僅堿液一項(xiàng))100多萬元,不到半年即可回收全部投資。
　　若用過濾回收的堿液生產(chǎn)粒狀純堿,固堿液成本低,全過程的生產(chǎn)成本約為500元/噸,全年可獲得400多萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

　　4.2　社會(huì)效益　　本裝置的投入生產(chǎn)后,運(yùn)行穩(wěn)定,過濾效果好,解決了堿液精制難的問題,在澄清泥直接回收利用方面開辟了一條新的技術(shù)途徑。回收澄清泥中的堿液既降低了生產(chǎn)費(fèi)用,又節(jié)約了原料堿,延長了堿湖的服務(wù)年限。在燒堿鹽析液的精制過程中,也取得了良好的效果,使苛化法燒堿的質(zhì)量上了一個(gè)新的臺(tái)階,具有很好的應(yīng)用推廣價(jià)值,另外,本設(shè)備也可用于化工廠“三廢”治理中廢渣廢水的回收利用。

　　5、存在問題　　PE微孔管使用一定時(shí)間后,微孔管就會(huì)堵塞,雖用稀酸浸泡,沖洗進(jìn)行再生處理,但壽命一般為一年半,且再生一次需將設(shè)備內(nèi)的濾盒提出,比較麻煩,下一步還需對(duì)PE管的材質(zhì)進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn),盡量減少再生次數(shù)及延長使用壽命,以使本設(shè)備更加完善。