全自动陶瓷膜稠厚器及其在轻质碳酸钙生产中应用

崔继超，李占川，胡永琪

（1.河北科技大学化学与制药工程学院，河北石家庄050018；2.石家庄佳友科技有限公司）

化工装备与设计

全自动陶瓷膜稠厚器及其在轻质碳酸钙生产中应用

崔继超1，李占川2，胡永琪1

（1.河北科技大学化学与制药工程学院，河北石家庄050018；2.石家庄佳友科技有限公司）

陶瓷膜是以无机陶瓷介质为原料经特殊工艺制成的非对称性膜。利用陶瓷膜具有孔径分布窄、化学稳定性好、耐高温、抗污染能力强、机械强度大和膜再生性能好等优点，开发了全自动陶瓷膜稠厚器并将其应用于轻钙生产中，作为离心过滤之前的碳酸钙料液的稠厚器，以提高离心机脱水效率。全自动陶瓷膜稠厚器缩短了碳酸钙生产周期，最大程度地减少传统脱水工艺中轻钙组分的流失。

陶瓷膜；稠厚器；全自动；轻质碳酸钙

在轻钙生产工艺过程中，经过碳化后的碳酸钙浆液需要经过一段时间的自然沉降稠垢后再进入过滤工序离心脱水。其目的除了工艺需要以外，更主要在于通过提高进入离心机的浆液浓度从而缩短离心机的进料时间，并且防止离心机震动、减少轻钙的流失。因此，在进入离心机之前将碳酸钙浆液进行稠化，对现有离心机离心效率的提高和减少轻钙的流失十分重要。

目前，许多轻钙生产厂家的过滤工序使用刮刀式离心机，离心操作一段时间后，在滤布上沉积的碳酸钙滤饼层越来越密实，导致过滤效果下降，开始出现跑料情况。有时跑料量最大甚至达到10%，并且滤液中的轻钙组分多为小粒径碳酸钙颗粒，采用沉淀池沉降回收轻钙较为困难，沉降时间更长。特别是对于环境温度较低的地区和季节，采用沉淀池沉降回收轻钙，由于滤液沉降时间较长造成浆液温度降低太多，致使离心机对回收滤液无法有效进行再次过滤，轻钙组分回收较为困难，流失严重。笔者采用陶瓷膜过滤器作为料液稠厚器来代替传统的自然沉降池，很好地解决了上述问题，提高了碳酸钙浆液的沉降效率和离心机离心效率。同时减少了轻钙组分跑料量，提高了生产效率，减少了损失，并且在环境温度较低地区和季节中也同样适用，避免了轻钙生产因季节性和地域性差异带来的不便之处。

1　陶瓷膜稠厚器的基本原理

无机膜分离技术以其高效、节能和环保等优良特性，已广泛用于化工、医药和食品等领域［1-2］。陶瓷膜是以无机陶瓷介质为原料经特殊工艺制作而成的非对称性膜，主要的分离机理为筛分效应，是目前无机膜过滤领域的高端产品［3］。陶瓷膜管作为新型超细粉体固液分离元件，具有诸多优点：1）孔径分布窄，分离效率高，处理效果稳定；2）化学稳定性好，pH适用范围广，耐酸、耐碱、耐有机溶剂及氧化剂；3）耐高温，可用蒸汽反冲再生和高温原位消毒灭菌；4）抗污染能力强，分离过程中无二次溶出物产生，不会发生膜孔溶涨而导致截留性能的变化；5）机械强度大，膜再生性能好，清洗后膜通量恢复稳定；6）分离过程简单，能耗低，操作维护简便；7）膜使用寿命长等［4］。

陶瓷膜过滤机内部一般采用若干可再生的陶瓷膜过滤管件组成一定面积的过滤器，由进料泵将低浓度物料打入过滤机，滤液经陶瓷膜管件过滤后汇集排出。随着过滤的进行，过滤机内物料浓度逐渐升高，同时过滤管外壁形成滤饼，过滤压力升高，滤液量减少，高浓度物料由排料口排出。此时，过滤器再生装置开始作业，洗涤装置对陶瓷膜过滤管进行反清洗，使过滤介质再生，保持过滤机工作稳定。生产过程中实际应用的陶瓷膜装置包括陶瓷微滤膜设备、陶瓷超滤膜设备、陶瓷复合膜设备三大类，经实际生产运行证明，该装置可取代传统的澄清过滤、除菌过滤和分离及部分浓缩工艺。

2　轻钙生产用陶瓷膜稠厚器的开发

碳化后的悬浮料液中含有的一定浓度的固体碳酸钙颗粒，为了提高离心机的操作效率，首先需要对悬浮料液进行稠厚，以提高料浆中碳酸钙颗粒的浓度。经对井陉某轻质碳酸钙生产企业离心后的滤液做现场取样，其中所含碳酸钙固体颗粒的电镜照片见图1。由图1可见，其颗粒形状为纺锤形，直径约为0.3 μm，长约为1 μm。这些是碳酸钙料液中较小的碳酸钙颗粒，是陶瓷膜稠厚器需要截留的碳酸钙颗粒大小。

图1　轻质碳酸钙颗粒SEM照片

笔者利用陶瓷膜的上述特性，开发了专用于轻质碳酸钙生产的稠厚器，目前已在多家碳酸钙生产企业中投入使用，其工艺流程如图2所示。

进料泵将离心机滤液打入稠厚器壳程内，清水经陶瓷膜过滤汇聚到稠厚器的上封头壳程内，经封头上面的管路流到清水池，同时少量的碳酸钙颗粒被挡在陶瓷膜外，逐渐形成滤饼。随着过滤的不断进行，滤饼的厚度不断增加；过滤器下椎体壳程内的离心机滤液的浓度也会逐渐提高。陶瓷膜外壁由于滤饼的厚度增加过滤速率下降，此时应该停止进料，相关阀门关闭；对陶瓷膜进行反向洗涤再生。陶瓷膜外壁上的滤饼由于受到反向洗涤液的冲刷与陶瓷膜剥离。由于过滤器的下部阀门已经开启，浓缩后滤液连同陶瓷膜外壁剥离的滤饼一起排出稠厚器，一个循环结束。特别指出的是，陶瓷膜稠厚器为电脑控制的全自动操作，在陶瓷膜稠厚器工作过程中，会自动排出轻钙浓浆和滤饼，并对陶瓷膜进行反洗。所以陶瓷膜稠厚器可以实现无人操作，如果出现故障则有自动报警停机保护功能，并且自带多级保护程序。

图2　专用于轻质碳酸钙生产的稠厚器工艺流程示意图

在轻钙生产过程中采用陶瓷膜稠厚器不仅能够增稠碳化后的料液，代替自然沉降池，同样也可以回收离心机的滤液，从而提高轻钙生产效率、减少轻钙跑料量。此外，对于环境温度较低的地区或季节来讲，由于离心机滤出滤液的温度一般为50℃左右，使用陶瓷膜稠厚器可减少温度损失，这样即使将回收的料液和碳化后的滤液混合也不会影响离心机的过滤效果。同时将较清的陶瓷膜过滤后的热水（陶瓷膜过滤水的钙含量检测不到数值）送至消化工序，可以有效提高消化工序的消化效果，对保持产品品质、提高轻钙沉降体积具有一定的帮助。

3　陶瓷膜稠厚器应用实例及使用效果对比

1）陶瓷膜在河北某厂用于轻钙离心机前的料液增稠，碳化后浆液在自然沉降塔的下塔的质量浓度为151 g/L。经过陶瓷膜稠厚器增稠处理后，进入离心机的浆液质量浓度一般在211 g/L以上。离心机的生产效率提高了10%以上，同时离心机的滤液可以不需要沉淀直接用于消化工序。

2）山西某钙厂使用10台1250刮刀离心机进行轻钙的脱水。未使用陶瓷膜稠厚器之前，离心机滤液的质量浓度平均为62～86 g/L，使用陶瓷膜稠厚器以后，回收增稠后的滤液质量浓度约为224 g/L，增稠后滤液打入离心机循环脱水，经过陶瓷膜稠厚器处理后滤液直接用于消化工序，效果十分理想。原来的

自然沉降池全部取消，变成了储水池。此岗位工人只需根据检测离心机的滤液浓度，来设定陶瓷膜的运行参数，劳动强度大为降低，同时也大大改善了工作环境。

4　结束语

陶瓷膜稠厚器用于轻钙生产过程，增稠效果明显，采用陶瓷膜稠厚器替代原来的自然沉降池，工厂环境得到改善，操作工人劳动强度大大降低，离心机生产效率进一步提高，离心机滤液中轻钙组分的流失情况大大降低，并且通过陶瓷膜稠厚器处理后滤液可直接用于消化工序，提高了水的循环利用效率，减少对环境的污染和资源的浪费。在环境温度较低的地区和季节使用陶瓷膜稠厚器，减少了由于环境温度较低带来的轻钙生产过程中的问题。陶瓷膜稠厚器应用领域非常广泛，随着膜分离技术的提高，将会被应用于更多的行业，应用前景十分广泛［5］。

［1］王华，刘艳飞，彭东明，等.膜分离技术的研究进展及应用展望［J］.应用化工，2013，42（3）：532-534.

［2］岳志新，马东祝，赵丽娜，等.膜分离技术的应用及发展趋势［J］.云南地理环境研究，2006，18（5）：52-57.

［3］周文辉.陶瓷膜过滤器在微粉氢氧化铝生产中的应用［J］.过滤与分离，2009，19（2）：43-44，47.

［4］范益群，漆虹，徐南平.多孔陶瓷膜制备技术研究进展［J］.化工学报，2013，64（1）：107-115.

［5］张小赛，倪卫红.陶瓷膜发展现状及应用研究［J］.环境工程，2013，31（6）：108-111，95.

联系方式：cuijichao1992@163.com

Application of automatic ceramic membrane thickener in production of precipitated calcium carbonate

Cui Jichao1，Li Zhanchuan2，Hu Yongqi1
（1.College of Chemical and Pharmaceutical Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang 050018，China；2.Shijiazhuang Jiayou Technology Co.，Ltd.）

Ceramic membrane is a kind of asymmetric membrane and is made from inorganic ceramic by special process. Ceramic membrane has narrow pore size distribution，good chemical stability，high temperature resistance，strong ability to resist pollution，as well as good mechanical strength and membrane regeneration performance.Automatic ceramic membrane thickener was designed and manufactured，and was applied as a thickener in the filtration process of precipitated calcium carbonate（PCC）production to raise the concentration of PCC before filtration operation.It will be improved the efficiency of the centrifuge dehydration，shorten the filtration operation cycle，and minimize the loss of PCC.

ceramic membrane；thickener；automatic operation；precipitated calcium carbonate

TQ132.32

A

1006-4990（2016）05-0058-02

2015-12-20

崔继超（1992—），男，硕士研究生，主研究方向为甲苯液相催化氧化反应，已公开发表文章3篇。