高分子精密微孔过滤技术及其工业应用.pdf

第5 5 卷第3 期 20 03 年8 月 有色金属 N o N F E R R O U SM EI A L S V o l5 5 ，N O3 A u g u s t 20 0 3 高分子精密微孔过滤技术及其工业应用 宋显洪1 ，周志鹤2 1 上海医药工业研究院，上海2 0 0 0 6 0 ；2 温州市东瓯微孔过滤有限公司，浙江温州3 2 5 0 0 3 摘簧舟绍高分子精密徽孔过滤技术、过游机结构与性能、应用现状．分析其在工业中的应用前景。 关键词冶金机械投自动化；高分子精密微孔过滤技术；应用；有色金属；徽孔塑料管 中围分类号T F I I ．3 3 ；T F 3 5 1 ．3 ；T D 9 2 6 ．2 12 文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 3 0 3 0 0 8 4 0 3 有色金属生产中液固分离是必不可少的化工操 作单元，液固分离有沉降和过滤分离两大类。沉降 分离要求固液两相必须有一定的密度差，过滤分离 不受两相密度差限制。过滤分离在工业生产上应用 广泛，不管过滤难度多大，通过某种单一过滤技术或 几种不同性能的过滤技术组合，绝大部分生产难题 均可获得相当满意的解决。 非均相液固过滤分为粗级过滤 1 0 0 ／m 、的过 滤精度 、亚精密过滤 1 0 0 ～1 0 “m 的过滤精度 、精 密过滤 1 0 ～l ”m 过滤精度 与超精密过滤 1 ～ 0 ．1 “m 过滤精度 。过滤精度小于0 ．1 ／l m 应归属于 均相分离的超滤、纳滤与反渗透。 目前，大予1 0 “m 的粗级过滤与亚精密过滤采 用以各种非金属或金属滤布或滤网作过滤介质的多 种间歇或连续过滤机基本可满足要求。精度小于 1 “m 的液体采用超精密过滤，如各种有机或无机微 孔膜也可获得较好解决。过滤操作最薄弱的是1 0 ～1 p ．m 的精密过滤，过滤效率不高，往往影响产品 质量、收率、成本与劳动生成率，甚至对环境产生严 重污染。效率低的主要原因是目前广泛使用的滤布 或滤网的过滤效率不高，难以完全滤住1 0 , u r n 以下 的微粒，其次由于滤布或滤网为非刚性，对较黏细颗 粒形成的滤饼难以简便卸除，被细颗粒堵塞的过滤 介质难以有效再生。 高分子精密微孔过滤技术从微孔过滤介质、微 孔过滤机结构、精密过滤计算方法等方面改革了传 统的精密过滤作业，并成功应用于有色金属、化工、 制药、食品及废水处理等领域。 收稿日期2 0 0 3 一o l 一2 Ⅱ 作者简介宋显洪 1 9 6 7 一 ，男，浙江青田县，教授 1 技术概况 微孔过滤系统的硬件由高分子微孔过滤介质、 精密微孔过滤机及辅助装置三部分组成。 1 ．1 高分子微孔过滤介质 开发了六种高分子聚合物的刚性烧结微孔过滤 介质。目前主要推广以聚乙烯为主材的微孔P E 与 微孔P A 两种材料。 介质形状主要有管形与板形两大类。管形的直 径为1 3 ～1 2 0 r a m 、最长为1 5 0 0 m m ；板型直径最大为 1 2 0 0 r a m 、最大厚度为4 0 r a m 。微孔平均毛细孔径为 2 ～1 4 0 k m t 。最高过滤精度为0 ．3 , u r n ，通常为0 ．5 ～ 1 , a m 。微孔P E 耐温不超过8 0 ℃，微孔P A 不超过 1 2 0 ℃。根据尺寸与壁厚，常用微孔过滤管耐外压 0 ．2 ～0 ．5 M P a ，耐内压0 ．4 ～1 M P a 。 1 ．2 精密微孔过滤机 广泛应用的精密微孔过滤机有十多种结构。 1 ．2 ．1P G R 系，0 。过滤面积1 ～1 5 0 m 2 ，用于含固 体很少的液体精密澄清过滤。结构为圆柱形壳体内 垂直安装一系列微孔管，过滤机底部有小直径气缸 操作的排渣底盖。 1 ．2 ．2P G K 系列。过滤面积5 ～3 0 0 m z ，用于含固 量较多且需较干滤饼的液体精密滤饼过滤。结构为 圆柱形壳体内垂直安装一系列微孔管或由微孔管组 装成的过滤管排，过滤机底部是由气缸传动或油缸 传动的直径4 0 0 ～1 2 0 0 m m 的快开底盖。 1 ．2 ．3P G H 系列。过滤面积3 ～6 0 m 2 ，用于含固 量较多，每批物料要全部滤完、元剩料回流、上下批 料不混批，需要较干滤饼的液体精密滤饼过滤，也可 用于含固量很少、要求上下批不混批的液体精密澄 清过滤。结构为圆柱形壳体内垂直或水平安装微孔 管，底部为气缸或油缸操作的太排渣底盖，底盖上安 万方数据 第3 期 宋显洪等高分子精密微孔过滤技术及工业应用 装过滤介质。 1 ．2 ．4P G P 系列。过滤面积0 ．2 ～5 m 2 ，用于液体 总量较少而固体浓度很高的液体精密滤饼过滤，如 细结晶体的过滤及滤饼的洗涤。结构为圆柱形壳体 内一般不装过滤介质，底部安装微孔过滤板。如上顶 盖为快开盖，卸滤饼时简体向下翻转，如底盖为快开 底盖，卸滤饼时简体不动，底盖打开从下部卸滤饼。 1 ．2 ．5 P G X 系列。内装搅拌叶，主要用于处理量 大并对滤饼进行搅拌打浆洗涤，最后排出干滤饼的 精密滤饼过滤。 1 ．2 ．6P G W 系列。类似管道过滤器结构，主要用 于含固最很少，总过滤量也很少的液体精密滤饼过 滤或液体精密澄清过滤。 上述各种类精密过滤机，材料有不锈钢 3 0 4 或 3 1 6 L ，碳钢或碳钢内衬防腐层 橡胶、塑料或其他 防腐材料 。 1 ．3 辅助装置 1 ．3 ．1 料浆输送装置。可采用泵 离心泵、胶管泵 或隔膜泵 或气雎或真空料浆输送装置。 1 ．3 ．2 气体反吹系统。由空压机和储气罐及管路 组成，用于反吹排滤饼与反吹再生微孔过滤介质。 空压机最好用无油空压机 对液体是所需产品 ，压 力为0 ．7 M P a ，排气量视每台过滤机的过滤面积而 定。储气罐耐压1 M P a ，容积视每台过滤机的过滤 面积而定。多台安在同一场所的过滤机可共用一套 气体反吹装置。 1 ．3 ．3 化学再生系统。被过滤的固体微粒如能用 化学物质溶解或降解的应备有化学再生系统，包括 再生液储罐和再生液循环泵。再生液储罐不需耐 压，容积视每台过滤机的体积而定，材质视再生液性 质而定，一般需防腐。再生液循环泵为离心泵，扬程 与流量视过滤机的容积而定。固体微粒不能用化学 方法清除时，不必设化学再生系统。 2 主要技术特色 2 ．1 高分子微扎管 微孔管均呈刚性。 2 ．1 ．1过滤效率高。如液体为水溶液，微粒 0 ．5 t a m ，过滤效率大于9 9 ．9 ％。对气固过滤，如气 体为空气，微粒O ．3 , u m ，过滤效率太于9 9 ．9 ％。 2 ．1 ．2 排卸干滤饼操作简便。利用压缩气体快速 反吹，可将微孔管外表面的较干滤饼简便高效地吹 脱，操作容易，除渣效率高。 2 ．1 ．3 微孔管再生简易，再生效率高。采用物理再 生～气体或气水混台液快速反吹，可将已堵塞的微 孔管再生，连续使用寿命可达一年以上 如过滤粉末 活性炭 。如能用化学方法再生 几星期或几个月一 次 ，使用寿命往往3 ～5 a 或更长 如过滤重金属废 水、酸性废水、含氟废水等 。 2 ．1 ．4 化学性能优越。由于聚乙烯的化学性能比 其他高分子聚合物强，微孔管可耐各种无机酸 9 8 ％ 以上的浓硫酸除外 与有机酸、碱、盐及其他各种化 学液体，7 0 ℃以下耐大部分有机溶剂。 2 ．1 ．5 质量轻、再加工容易。材质具有相当刚性， 抗冲击、抗压等机械性能又比较好，安装维修方便。 2 ．2 精密微孔过滤机 内部结构简单、安装维修方便；大多数过滤机底 部有能排除大体积、干滤饼的快开底盖，卸除滤饼时 机械化程度高、劳动强度低，生产场地较清洁；过滤 机为立式结构，占地面积相对较少；过滤机均为密闭 结构，液体或气体不外逸，不污染环境，操作环境比 较好；卸渣与微孔管再生时不需装拆，只需开启阀 门；易组装成自控或程序操作系统。 3 在工业生产及废水处理中的应用 经过不断开发，此技术已在工业生产与废水处 理方面获得大量应用。 3 ．1 含固体很少的液体精密澄清过滤 高分子精密微孔过滤技术已大量用于氯碱生产 的二次盐水、化肥生产上的铜氨液与脱碳液、粘胶纤 维生产的酸浴、石化催化剂生产的硫酸铝溶液、纯碱 生产的碳酸钠与碳酸氢钠溶液、抗生素生产上的发 酵滤液、有色金属生产中的浸出液和净化液。此外 还大量用于双氰胺、山梨醇、氟硅酸、硫酸、盐酸、磷 酸、各种有机酸、各种醇和酮等生产过程中的过滤及 生产用水制备。在食品生产上，用予各种糖液、各种 食用油、各种酒类等的过滤。 此外，化工、制药、食品等工业生产过程中，为提 高电渗析、离子交换、超滤、反渗透、精馏、蒸发等装 置的操作效率与使用寿命，在液体进入这些装置前， 采用高分子精密微孔过滤进行预处理。 3 ．2 含固体较多的液体精密滤饼过滤 1 粉末活性炭过滤。在制药、化工与食品等生 产上、较普遍采用粉末活性炭脱色，能否将脱色后纲 至0 ．5 1 t m 的炭粒全部滤除，已成为影响产品质量的 关键操作之一。高分子精密徽孔过滤技术解决了这 些生产中长期影响产品质量的炭粒易穿漏问题。 万方数据 有色金属 第5 5 卷 2 发酵液或酶处理液过滤。已用于一些生物 发酵液与酶处理液的除渣过滤，滤液透明度高，排渣 方便。 3 催化剂过滤。高分子精密微孔过滤技术已 成功应用于某些催化剂生产或应用领域，如某些石 油催化剂与化肥催化剂制造中过滤很细的催化剂， 精细化工与制药等生产中过滤钯炭催化剂与铜镍催 化剂等。 4 超细粉末过滤。用于硫酸钡、硫化锌、硫化 铁、氢氧化铁、氢氧化铝、二氧化钛、钛酸钡等超细产 品的过滤。 5 天然药物提取液过滤。用于多种中草药或 动物提取液的精密过滤。 6 果汁过滤。用于果计和蔬菜汁的精密过滤， 作为超滤前的预处理。 7 废水过滤。重金属废水过滤已大规模用于 电镀、线路板或其他金属制品厂的含重金属废水处 理，过滤中和法形成的铜、铬、镍、锌、铅、镉等离子的 重金属氢氧化物；还用于分离草酸生产中形成的硫 酸铅与草酸铅、磁性材料生产中的四氧化三铁、瓷瓶 生产中的四氧化三铅等。非金属元素废水已大量 用于含氟废水过滤，水可全部回用。煤矿矿井废水 已大规模用于煤矿矿井水，过滤水中的煤粉与不溶 性腐植酸等，水可全部回用。大型发电厂露天堆场 煤产生的细煤粉废水可使水回用，煤粉全部回收。 3 ．3 在有色金属生产中的应用 3 ．3 ．1 液体精密滤饼过滤。早在高分子精密微孔 过滤技术早期研制开发阶段，就着眼于有色金属工 业中的应用，开发出翻转式快开精密过滤机，用于氧 氧化钽与氢氧化铌的过滤与洗涤，有5 与1 0 m 2 两 种规格，全部为液压传动。这种型号的过滤机后来 推广到超细硫酸钡的过滤与洗涤。精密微孔过滤机 于2 0 0 2 年用于白钨结晶过滤，并开始用于仲钨酸铵 结晶的过滤。早在1 9 8 3 年某有色金属厂就用高分 子精密微孔过滤技术从瑷水中过滤五氧化 钒。 3 ．3 ．2 液体精密澄清过滤。2 0 0 2 年高分子精密微 孔过滤技术成功用于硫酸镍溶液的精密澄清过滤， 明显提高了硫酸镍产品的质量。 P o l y m e rM i c r o - p o r o u sF i l t e rT e c h n o l o g ya n dI t sI n d u s t r i a lA p p l i c a t i o n S O N GX i a n h o n 9 1 ，Z H O UZ h i h e 2 1 ．S h a h 曲a i h 5 m “抛o f M a t i e i n e l n d u s t r 3 , ，S h a n g h a i2 0 0 0 6 0 ； 2W e n d t o u M { c 坤舯r o l ‘5 F i l t e r C oL t d ，W e n z h o u3 2 5 0 0 3 ，Z h t f i a n g t t 船 A B S T R A C T T h ep o l y m e rm i c r o p o r o u sf i l t e rt e c h n o l o g ya n di t sa p p l y i n gs i t u a t i o n ，t h es t r u c t u r ea n dc h a r a c t e r i s t i c so f t h ef i l t e ra r ed e s c r i b e d ，a n dt h ei n d u s t r i a la p p l i c a t i o np r o s p e c ti sp r e d i c t e d K E YW O R D S m e t a l l u r g i c a le q u i p m e n ta n da u t o m a t i o n ；p o l y m e rm i c r o p o r o u sf i l t e rt e c h n o l o g y ；a p p l i c a t i o n p r o s p e c t ；n o n f e r r o u sm e t a l s ；m i c r o p o r o u sP Ep i p e 纳米巨磁阻材料 巨磁阻抗效应是指磁性材料的交变阻抗随外磁场显著变化的效应。产生巨磁阻效应 G M R 的磁性多 层膜最简单的结构为铁磁性膜 l O n m 月} 磁性金属膜 1 ～2 n m ／铁磁性膜 l O n m ，称作三明治结构。 纳米巨磁阻 G M R 材料将对信息技术、汽车制造技术产生深远影响。1 9 9 2 年日本名古屋大学科学工 作者首先在C o 基非晶丝中观察到在几个奥斯特磁场下材料的阻抗变化A Z 亿高达5 0 ％，比金属多层膜 F e ／C u 或C o ／A g 在低温、高场强下观察到的巨磁阻效应高一个数量级，因而被称为巨磁阻抗效应 G i A N t M a g n e t o i m p e d A N c ee f f e c t o 近来还发现，如果适当控制铁基纳米微晶材料的磁结构，同样可观察到显著的巨磁阻抗效应，并且在热 稳定性和性价比上优于C o 基非晶，具有很强的竞争力。由于巨磁阻抗效应组成的器件具有灵敏度高、体积 小、响应快以及非接触等特点，在磁传感器和磁记录方面具有十分诱人的应用前景。利用G M R 可便计算机 磁盘存储能力提高3 0 倍，即可使用每平方英寸计算机磁盘信息存储能力增加到i 0 0 亿位。可用这类材料做 汽车上的防抱死系统中的传感器，以及用来测定汽车发动机曲轴的速度，以节约燃料和减少废气的排放等。 庾晋．郑智供稿 万方数据