精密微孔过滤机在超细粉末过滤与洗涤应用.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年5 期4 7 精密微孔过滤机在超细粉末过滤与洗涤应用 张有新，赵中伟，陈爱良，霍广生 中南大学冶金科学与工程学院，湖南长沙4 1 0 0 8 3 摘要简述了超细粉末在过滤、洗涤的特性，并介绍了高效精密微孔过滤机的原理及特点，通过超细碳酸 钴粉末的生产实践证明采用微孔过滤机进行洗涤过滤可大大提高物料的洗涤效率，减少洗水用量，提 高金属回收率．并且采用机内顶洗涤，过滤与洗涤于一机内，不需将滤饼来回人工转移，使产品不受外 界污染．确认完全适宜微米级与亚微米级的超细粉体生产中的过滤与洗涤工序． 关键词微米；亚微米；精密微孔过滤；滤饼洗涤 中图分类号T F 3 5 1 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 8 0 5 - - 0 0 4 7 - - 0 3 A p p l i c a t i o no fF i l t e r i n ga n dW a s h i n go fN i c k e lP o w d e r w i t ht h eM i c r o p o r o u sF i l t e r Z H A N GY o u x i n ，Z H A OZ h o n g - w e i ，C H E NA i l i a n g ，H U OG u a n g s h e n g S c h o o lo fM e t a l l u r g i c a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n go fC e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ．C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 。C h i n a A b s t r a c t T h ec h a r a c t e r i s t i c so fm i c r o s i z e da n ds u b m i c r o s i z e ds t i c k yp a r t i c l e sd u r i n gf i l t e r i n ga n dw a s h i n g a r ed e s c r i b e d ，e s p e c i a l l yo nt h ep r o p e r t yo ft h eh i g he f f i c i e n tp r e c i s em i c r o p o r o u sf i l t e ra n ds u c c e s s f u lo p e r a t i o no ff i l t e r i n ga n dw a s h i n go fm i c r o s i z e dp a r t i c l e s ． K e y w o r d s M i c r o r m e t e r ；S u b m i c r o m e t e r ；P r e c i s em i c r o p o r o u sf i l t e r ；F i l t e rc a k ew a s h i n g 大多数超细粉末采用湿法冶金或化工生产制 取。在它们的制取过程中一般要进行过滤与洗涤。 如生产氢氧化钽、氢氧化铝、氧化铝、二氧化钛、超细 碳酸钙、超细磁粉、各种分子筛、各种粉末催化剂等， 都需经过过滤与洗涤工序。在实际生产中过滤、洗 涤工序非常重要，首先完成滤饼与母液的分离，再用 洗水洗去粘附于粉末颗粒表面的母液，同时微米与 亚微米颗粒有如下特点 1 粒度细，一般均小于5 t J m ，大多数只有1 肛m 左右； 2 粘性大，许多颗粒是 亲水性的，造成过滤性能极差。因此，没有性能较优 的过滤材质与过滤机，很难达到较满意的过滤与洗 涤目的。尽管有许多成熟而先进的过滤机，如真空 带式过滤机、真空回转叶片式过滤机、圆盘过滤机、 抽滤缸等在化工生产中投入使用，完成洗涤和过滤 工序。但是上述这些过滤与洗涤工艺的致命缺点是 耗水量大，洗涤效果不佳，物料含水率高，劳动强度 作者简介张有新 1 9 7 2 一 ，男，博士生． 大，物料透滤严重等造成金属回收率偏低，生产成本 高，粉末易受外来污染等问题。因此，过滤与洗涤一 直是制约超细粉体生产的瓶颈问题。而精密微孔过 滤机基本上可以解决以上过滤难题。 1 精密微孔过滤机过滤原理及其特点 精密微孔过滤是利用微孔管正向过滤，反向冲 洗、再生 如图l 所示 。微孔管是过滤器的核心元 件，它是一种特殊塑料管，以超高分子量的聚乙烯塑 料作为主要材料，再配以多种添加剂，经过活化、改 性、复合等特殊工艺而制成。其管径通常为3 0 “ - - 8 0 m i t t ，管壁上均匀布满了超细微孔 可根据过滤物料 的粒径大小选择孔径 。工作时，待过滤物从过滤液 进口进入，由于压力差的存在，迫使滤液流向微孔管 内。此时，微孔管管壁上的超细小孔起筛网网孔的 作用，粒度小于管孔的物质穿越管壁后汇集到过滤 万方数据 4 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年5 期 溶液出料口流出，大于管孔的物质被阻挡在管外形 成滤渣，由渣料出口定期排出，从而实现溶液的过滤 分离。微孔管工作一段时间后，其管外壁上将附着 许多滤渣，导致阻力增大、过滤效率降低。此时，微 孔管必须再生处理，即从反向冲洗口或正向冲洗口 通入清洗物，将微孔管反向或正向冲洗 反向冲洗为 主 ，使微孔管再生。再生后，又可继续进行溶液过 滤。 厂 、、过滤液出口 确冲洗入L I 上；．i f 厅向冲滞入口 七 ●_ _ 。。一 一过滤器外壳 过滤液进瞧 一馓孔管 ＼／ } i i l i , 1 ．1 i l u 图1 精密微孔管过滤器原理示意 F i g ．1 S k e t c hm a po fp r e c i s em i c r o p o r o u sf i l t e r 精密微孑L 过滤机具有如下特点 1 过滤效率高0 ．3 肛m 左右的微粒几乎可 1 0 0 ％被滤住，分离效果可达9 9 ．7 ％； 2 滤饼洗涤效率高精密微孔过滤机内，微孔过 滤管之间有相当的间距，同板框压滤机比较，过滤机 内各处滤饼都易较均匀地被洗涤，其洗涤效率比板 框压滤机高，洗涤时间短，洗涤水消耗量较少； 3 卸除滤饼简易轻便采用0 ．6M P a 的气体快 速反吹法，就可以将滤饼很轻便地从微孔管的外壁 脱离，通过气缸打开的快开底盖，落到微孔过滤机的 外部。卸除滤饼的过程不需繁重体力劳动，生产环 境很干净； 4 化学性能特别优异微孔过滤管能耐各种酸、 碱； 5 微孑L 过滤管使用寿命长利用简单方便的”水 一气混合流快速反吹法”就可对微孔过滤管进行物 理再生，再生效率很高，此外，高分子微孔过滤管的 机械性能很好，尤其抗冲击性能很优异。因此微孔 过滤管的使用寿命很长，至少可应用一至二年，甚至 更长。 2 生产应用情况 2 ．1 在碳酸钴粉末生产中的应用情况 超细碳酸钴粉末具有如下特点 1 粒度细物 料属于超细微米级颗粒，1 0 0 ％小于6 肛m ，大多只有 4 弘m 左右，有的只有0 ．5 弘m 左右，约占0 ．5 ％，一 般滤布，滤纸与滤网等难以完全截留。 2 粘性大 粉末颗粒属于亲水性物料，而且颗粒愈细，亲水性越 强，粘性越大，不仅使过滤与洗涤的阻力增大，也使 滤饼卸除的难度增加，洗涤后的粉末含水量较高水， 使得干燥工序效率低、能耗大。 因为超细碳酸钴粉末物料的上述特性使得其过 滤与洗涤非常困难，没有性能较优异的过滤材质与 过滤机，很难达到较满意的过滤与洗涤目的，曾经用 真空带式过滤机、圆盘过滤机、抽滤缸等做过工业试 验，但以上设备存在的问题是物料透滤严重，耗水量 大，劳动强度大，洗涤效果不佳，且金属回收率低。 用微孔过滤机进行粉末的过滤与洗涤，每2 5 0 k g 金属量的碳酸钴粉末，合成好后直接用打渣泵打 人精密微孔过滤机中洗涤，洗涤时间4 0m i n ，结果 如表1 所示。 表1超细碳酸钴粉末的过滤、洗涤试验结果 T a b l e1T h ef i l t e r i n ga n dw a s h i n gr e s u l t s o fs u p e r f i n eC O C 0 3 10 ．0 0 8 22 5 01 81 7 20 ．0 0 6 42 5 02 01 9 30 ．0 0 4 52 5 02 21 7 40 ．0 0 3 32 5 01 81 5 50 ．0 0 2 22 5 02 11 6 6O ．0 0 】82 5 01 91 4 从表1 试验结果可以看到每2 5 0k g 金属量的 碳酸钴粉末在洗涤时加入1 ．0t 水就可以使N a ／C o 0 ．0 0 5 ％，满足洗涤工艺要求，每吨金属量洗涤用 水在4 ．0t ，每次洗涤跟踪母液中金属钴的含量均在 2 0m g ／L ，金属回收率在9 9 ．7 ％以上，滤饼中的含水 量约2 0 ％，为后续干燥工艺节约能源。 2 ．2 与传统过滤洗涤方式比较 精密微孔过滤机和圆盘过滤机的过滤、洗涤方 式比较如表2 所示。 表2洗涤参数对照表 T a b l e2T h ec o n t r a s to fw a s h i n gp a r a m e t e r s 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年5 期 4 9 从表2 可以看出，与传统的圆盘过滤机洗涤过 滤相比，精密微孔过滤机洗水量少、金属回收率高、 洗涤效率高、劳动强度小、节约能源等优点。 3结论 在超细碳酸钴粉末生产中采用微孔过滤机进行 洗涤过滤，可大大提高物料的洗涤效率，减少洗水用 量，提高金属回收率。采用机内顶洗涤，过滤与洗涤 在一机内，不需将滤饼来回人工转移，使产品不受外 界污染。确认完全适宜微米级与亚微米级的超细粉 体生产中的过滤与洗涤工序。微孔过滤机在使用中 操作简便，设备结构简单，易于维护。 参考文献 [ 1 , 1 P e k k aT e r v o l a a ，E r k k iR a s a n e n b ．A c a k e - - w a s h i n gr o o d e lw i t ha no v e r a l lc a t i o n ．t r a n s f e ri nk r a f tp u l p w a s h i n g 口] ．C h e m i c a lE n g i n e e r i n gS c i e n c e ，2 0 0 5 ，6 0 6 8 9 9 6 9 0 8 ． [ 2 , 1 M a r j a t t aL o u h i K u l t a n e n ，H a i y a nQ u a ，N i n aS a l m e l a 。e t a 1 ．F i l t e rc a k ew a s h i n g P a r t i a ld i s s o l u t i o no fo r g a n i c p a r t i c l e sa n dr e a l - t i m em o n i t o r i n gb a s e do nR a m a ns p e c - t r o s c o p y [ J ] ．S e p a r a t i o na n dP u r i f i c a t i o nT e c h n o l o g y ， 2 0 0 7 ，6 1 7 1 7 ． [ 3 ] 宋显洪．微米与亚微米级粘细微粒的精密过滤与滤饼洗 涤[ J ] ．稀有金属与硬质合金，2 0 0 1 ，1 4 4 3 5 0 一5 3 ． 上接第2 5 页 K 。A l F s 中的含量为4 0 ％，A l F 3 在 N a 。A 1 F 6 4 0 ％K 。A I F 6 A 1 F 。中的含量分别为0 、2 0 ％、 2 4 ％和3 0 ％体系的电导率，电导率随A I F 。的增加 而降低，每增加1 ％A 1 F 。平均能使电导率降低 0 ．0 4 2Q 一1 c m ～。 ． 参考文献 E I - IK v a n d eH ．I n e r tE l e c t r o d e si nA l u m i n u mE l e c t r o l y s i s C e l l s [ A ] ．／／L i g h tM e t a l s P r o c e e d i n g so fS e s s i o n s ， T M SA n n u a lM e e t i n g [ C ] ．W a r r e n d a l e ，P e n n s y l v a n i a ， 1 9 9 9 3 6 9 3 7 6 ． [ 2 ] 王兆文，高炳亮，邱竹贤．改进的二硼化钛基惰性阴极耐 蚀性的研究[ J ] ．轻金属，2 0 0 1 1 2 3 5 3 7 ． [ 3 3H i v e sJ ，T h o n s t a dJ ．E l e c t r i c a lC o n d u c t i v i t yo flo w - m e l t i n gE l e c t r o l y t e sf o rA l u m i n i u mS m e l t i n g [ J , 1 ．E l e c t r o e h i m i c aA c t s ，2 0 0 4 ，4 9 2 8 5 1 1 1 5 1 1 4 ． [ 4 3F e l l n e rP ，K o b b e l t v e d tO ，S t e r t e nA ，e ta 1 ．E l e e t r i e a l C o n d u c t i v i t yo fM o l t e nC r y o l i t e - b a s e dB i n a r yM i x t u r e s O b t a i n e dw i t haT u b e - t y p eC e l lM a d eo fP y r o l y t i cB o r o n N i t r i d e [ J ] ．E l e c t r o e h i m i c aA c t a ，1 9 9 3 ，3 8 4 5 8 9 5 9 2 ． [ 5 , 1 R o b b i n sGD ．M e a s u r e m e n to fE l e c t r i c a lC o n d u c t i v i t yi n M o l t e nF l u o r i d e s aS u r v e y 口] ．J o u r n a lo ft h eE l e c t r o - c h e m i c a lS o c i e t y ，1 9 6 9 ，1 1 6 6 8 1 3 8 1 7 ． [ 6 ] W a n gX ，P e t e r s o nRD ，T a b e r e a u xAT ．E l e c t r i c a lC o n d u c t i v i t yo fC r y o l i t i cM e l t s [ A 3 ．／／P r o c e e d i n g so ft h e 1 2 1 s tT M SA n n u a lM e e t i n g [ C ] ．M i n e r a l s ，M e t a l s M a t e r i a l sS o c T M S ，W a r r e n d a l e ，P A ，U S A ，1 9 9 1 4 8 1 4 8 8 ． [ 7 ] K i mKB ，S a d o w a yDRE l e c t r i c a lC o n d u c t i v i t yM e a s u r e m e n t so fM o l t e nA l k a l i n e - - e a r t hF l u o r i d e s [ J ] ．J o u r - n a lo ft h eE l e c t r o c h e m i c a lS o c i e t y ，1 9 9 2 ，1 3 9 4 1 0 2 7 1 0 3 3 ． [ 8 3 1 常珍．冶金物理化学研究方法[ M ] ．北京冶金工业 出版社，1 9 9 2 ． 万方数据