在天然堿加工中,首先要經過天然堿的溶化、澄清等堿液精制過程。傳統的做法是:原料堿先經過溶化制成渾堿液,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,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,有機質含量高,易引起蒸發器起泡、帶液,給操作帶來不便,對產品的質量也造成很大的影響,尤其是粒狀純堿的生產,有機質含量高,濁度高時產品的粒度和白度都達不到要求,給企業造成損失。
　　針對上述問題,我院對一次泥及澄清液的過濾方法進行了改進,使用PE微孔過濾器這種新型高效過濾設備,并取得了很好的使用效果。
　　PE微孔過濾器首先應用于污水處理中過濾污水中的不溶物及其它雜質。隨著生產技術的不斷發展,這種過濾器以其過濾后濾液清澈度高,不溶物含量低、無毒、無害的優點而引進到了其它行業,正在越來越廣泛地被使用。
　　在研究實踐中,對微孔過濾器的結構,使用條件不斷摸索,并加以改進,從小規模發展到大型化生產,設備及微孔管全部自行組織生產,適應了不同生產條件的需求。目前,我院已擁有11臺(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,堿泥或堿液通過PE微孔管時,細泥及一些有機質微粒附著在管的外壁,而液體通過濾管上的微孔滲入管內,經濾盒收集后由出口溢出。微孔管由高分子物質燒結而成,燒結過程中形成微孔,調節燒結溫度可得到不同孔徑的燒結管,適用于不同過濾介質的需要。
　　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,按初始低壓—形成濾餅—逐步加壓—排渣的程序進行操作,初始壓力控制在0.03MPa以下,待濾液中的渣質在過濾管外壁上形成一層濾餅時,在泵的壓力作用下,懸浮液中的微粒會在微孔道外迅速發生“架橋”現象,因而使一部分直徑小于微孔道的細小顆粒也被截住,濾液穿過濾餅進入濾盒,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,逐漸進行加壓操作,但壓力不超過0.2MPa,根據過濾器壓力和出料情況確定排渣時間,排渣時,從反吹閥中通入0.4~0.6MPa的壓縮空氣,進行瞬間反吹排渣,然后加入洗水洗滌,洗后水及時排出泥漿送洗泥桶,若過濾燒堿鹽析液,洗后水送貯桶循環增濃后送蒸發。
　　微孔過濾器的濾管分若干組,可分別觀察到過濾情況,若發現其中一組堿液不合格,關閉這組濾管,使其停止工作。

　2、生產應用效果

　　2.1　過濾質量

　　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,多數的泥由堿液帶至澄清工序,且泥的顆粒細小,澄清困難,尤其部分堿礦石(如合同查汗淖三采區的礦石),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,濾后液的質量高、效果好(見表1),可直接送至蒸發系統生產。在此之前,我們也選用了一些過濾設備,如機械過濾器、密閉式壓濾機等,對渾堿液直接過濾做過嘗試,但濾出的堿液渾濁度高,達不到精加工的要求,不能使用。之后又利用板框壓濾機過濾渾液,雖然經再三選擇濾布,渾液濾后的質量有所提高,但過濾速度慢,在很短時間內,細泥就堵塞了濾布孔,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,損失浪費嚴重。再加上濾泥粘在濾布間,卸泥時需用水反復沖洗才可又一次進料,有效作業時間短,生產很不經濟。

　　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,為保持生產系統的水平衡,洗泥時加水量不可能太大,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%,既減輕了洗泥負荷,又使排泥含堿降低,節省了原料消耗,降低了生產成本。我院現純堿生產能力為50kt/a,平均每天排一次泥約250m³,排泥含堿量在20%左右,經過濾后每天在原來洗泥的基礎上可回收堿25t(折100%Na2CO3),全年可回收堿7500t。

　　2.1.3　澄清液過濾

　　連續澄清桶澄清的堿液,濁度一般都在50ppm以上,堿液中由于有機質的存在,顏色呈淡,用此堿液生產的純堿,白度較差,尤其是用于粒狀純堿的生產中,影響粒度的形成,若操作不當,蒸發中極易造成過量的細晶,引起在離心機中漏網、蒸發器“亂罐”等不正常現象,經微孔過濾后,堿液的濁度可控制在20ppm左右,顏色清澈透明,既便于蒸發操作,又使產品的質量得到了保證。澄清液過濾前后質量對照見表3。

　　2.1.4　燒堿鹽析液的過濾

　　在苛化法生產燒堿過程中,鹽析工序是控制燒堿質量的關鍵工序。生產中,原料天然堿的質量差異較大,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,靠蒸發難以分離,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小晶核,進一步提高了鹽析完成液的質量,保證了燒堿的純度。
　　過濾前后燒堿液的質量情況對照見表4。

　　2.2　過濾能力

　　100m²過濾器不同介質的過濾能力測試數據情況見表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,卸料次數越頻繁。

　3、過濾器及配套設備簡介

　　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,濾液通過PE管上的微孔在壓力作用下進入管內,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,根據壓力升降情況和出液量控制排渣時間。
　　過濾器內的PE管是由一種高分子聚合物在一定溫度下燒結而成,具有耐酸、耐堿、耐壓等特點,調節燒結溫度,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就可完成。

　　3.2　配套設備　　PE微孔過濾器的配套設備較簡單,只需配備進料泵、空氣壓縮機即可運行。

　4、經濟效益和社會效益

　　4.1　經濟效益　　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150m²的過濾器,共投資41萬元(包括配套設備、土建等全部費用),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(有效生產時間按18h/日計),6臺過濾器清液113.04m³/日,折算為標方清液產量為248.78m³(標)/日(含總堿100g/L為1標方),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/標方,經微孔過濾后堿液成本為9.09元/標方,每年可節約成本(僅堿液一項)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粒狀純堿,固堿液成本低,全過程的生產成本約為500元/噸,全年可獲得400多萬元的經濟效益。

　　4.2　社會效益　　本裝置的投入生產后,運行穩定,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途徑。回收澄清泥中的堿液既降低了生產費用,又節約了原料堿,延長了堿湖的服務年限。在燒堿鹽析液的精制過程中,也取得了良好的效果,使苛化法燒堿的質量上了一個新的臺階,具有很好的應用推廣價值,另外,本設備也可用于化工廠“三廢”治理中廢渣廢水的回收利用。

　　5、存在問題　　PE微孔管使用一定時間后,微孔管就會堵塞,雖用稀酸浸泡,沖洗進行再生處理,但壽命一般為一年半,且再生一次需將設備內的濾盒提出,比較麻煩,下一步還需對PE管的材質進行研究實驗,盡量減少再生次數及延長使用壽命,以使本設備更加完善。