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，還相對滯后，尚未把資源優(yōu)勢變?yōu)榻?jīng)濟(jì)優(yōu)勢。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)系到整個過濾周期的成功與否。

    預(yù)涂時還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

    (1)預(yù)涂時的硅藻土用量，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)時間的長短，取決于對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，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，或者當(dāng)過濾濃度和黏度較高的鈦液時，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同種鈦液過濾時壓力降升高速度和整個過濾周期的長短影響是很大的。當(dāng)添加量不足時，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，開始時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，壓力降的升高速度和濾腔的填充速度適中時，才可以獲得最長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。