【摘  要】本文簡要敘述稀有金屬超細粉體精密微孔過濾技術的概貌，該技術過濾精度高，過濾效率高，過濾、洗滌與壓干都在一密閉裝置內，是一類既高效又長效，既節能又減排，即密閉又操作方便的新型過濾技術。

【關鍵詞】超細粉體 亞剛性微孔濾材 精密微孔過濾

    稀有金屬的超細粉體的種類不少，大多是重要的工程材料，如鎳、鈷等的幾種超細粉體，就屬于這類新材料。

    各種超細粉體的產品質量、收率、能耗及成本等與其制備工藝與裝備密切相關。其中，粉體的過濾、洗滌與壓干往往是不可缺少的重要工序，而稀有金屬的超細粉體，其過濾、洗滌與壓干操作更是關鍵操作，因為稀有金屬的超細粉體基本是通過化學或電化學工藝制備，產品質量與收率只有高效過濾與高效洗滌才能確保，如果制備工藝先進，而裝備落后，尤其過濾與洗滌裝備落后，那么必然導致產品質量下降，成本上升，能耗增加，環境污染嚴重。

    我國工業生產上的有色金屬超細粉體的過濾與洗滌技術一直相當落后，早期最原始裝備是使用簡易的真空桶或真空抽濾槽。由于其濾材用傳統的濾布，細粉體穿濾嚴重，操作很麻煩。但這種落后裝備有一優點，即過濾與洗滌都在同一設備內操作，避免過濾與洗滌分屬兩個裝置時，來回反復多次倒騰所帶來的麻煩與損失。但這種方法只適宜于處理量不大的產品。當處理量比較大，一般要將過濾與洗滌分開，過濾常用三足式離心機或板框壓濾機，洗滌采用一般攪拌罐。由于三足式離心機與板框壓濾機的濾材都用濾布，細粉體穿濾嚴重；從過濾到洗滌來回運輸，能耗增加，物料損失也比較多。這種方法的最大優點是攪拌的洗滌效率較高，洗滌次數較少，因而洗滌液消耗也較省。國外曾開發出幾種將過濾與洗滌合在一個裝置內的過濾、洗滌與壓干機，國內都已進行仿制，并已在一些企業應用，如“拉開式水平葉片式壓濾機”，離心旋轉卸渣的“Fundar型壓濾機”，前蘇聯的Fupakm的“水平板式壓濾機”等。這些過濾機的優點是過濾與洗滌都在一密閉容器內，操作比較簡單；由于密閉，產品不易為大氣塵埃污染。這些裝備有以下二大缺點：其一是使用濾布為濾材，細粉體顆粒易穿漏；其二是濾餅洗滌時都是凈止滲透式洗滌，對細顆粒粉體洗滌，濾餅層易產生裂縫，除非洗滌時在濾餅層上有刮壓與補平濾餅表層裂縫等措施，否則開裂濾餅會導致洗滌效率下降，洗滌液消耗顯著增加。現在國內外還沒有一種高效又連續操作的“超細粉體連續過濾機”。雖然“水平真空連續帶式過濾機”可以既連續過濾又連續洗滌，但由于過濾時間與洗滌時間不長，該機只適宜顆粒相當粗，而且靜止洗滌時濾餅不易開裂的粉體。對比較細的粉體，該機難以有效使用。目前，對顆粒很細的超細粉體國外都使用過濾效率非常高的“無機膜無濾層管式過濾器”。利用無機膜極小的毛細孔徑可獲得高效率與高精度；利用無濾層過濾方式可獲得較高的平均濾速；利用大量洗滌水不斷稀釋料漿，最后使粉體料漿獲得很好洗滌。這方法雖然高效，但動力消耗非常大，洗滌水耗量也很多，而最終也只能得到超細粉體的濃漿，還需另外用加熱蒸發法才能取得較干的粉體。

    本文主要介紹作者用幾十年時間研發的新的超細粉體過濾、洗滌與壓干的精密微孔過濾技術的主要概況。該技術主要提供一種適宜顆粒相當細（80%以上為納米級顆粒的粉體除外）的超細粉體的高效過濾、洗滌與壓干。

一、 技術概況：

    本技術由新型濾材，新型結構過濾機與應用技術三部份組成：

1、 新型濾材：采用亞剛性高分子精密微孔過濾管與板。該濾材的第一特點是過濾精度很高，液體溶液中一般0.3微米的細顆粒可100%濾住，混合粉體中0.1微米以下的納米級粉體如不超過10%，也絕大部份可濾住。該濾材第二特點可耐0.6MPa壓縮氣體反吹，因此從濾材上可自動卸下相當干的濾餅。第三特點，如被細顆粒堵塞，可用簡便的0.6MPa水氣混合流對該濾材進行反吹，就可達到高效再生，因此壽命很長，一般至少可用二年以上，最長已可用十年。第四特點該濾材除強氧化劑，可耐各種酸、堿、鹽與絕大部份有機溶劑。第五特點，該濾材很輕，機械強度比較好，尤其抗沖擊強度很高，再加工方法相當簡單，因此安裝與檢修較便利。該濾材主要缺點是耐熱不高，一般最高長期過濾溫度不超超過100℃，其次缺點是不耐強氧化劑。

2、 新型結構過濾機：

    由亞剛性高分子微孔管或板為濾材組成的間隙式“超細粉體精密微孔過濾機”有多種結構型號，每一種型號有許多規格。這些過濾機有以下特點：

① 單位體積內過濾面積很大，可以過濾液體量很大的料漿；

② 過濾機內部可對已形成的濾餅進行高效洗滌。根據濾餅的細度與洗滌的難度可以有不同洗滌方式，不管哪種洗滌方式，洗滌液與濾餅均可進行充份翻動與混和，使得洗滌效率顯著提高；

③ 在過濾機內可對已洗滌的濾餅進行壓干；

④ 各種不同結構微孔過濾機都有大直徑的氣動快開門，卸大體積較干濾餅時相當方便，不需繁重體力勞動。

⑤ 卸了干濾餅后，只需對濾材進行簡便氣水再生即可，每次過濾后不必有重新裝拆濾材等繁重勞動，前后兩次過濾之間的輔助時間很短。

3、 應用技術：

    應用技術包括過濾面積等的設計計算，粉體微孔過濾機的結構型號選型及粉體微孔過濾機的應用方法。

① 粉體微孔過濾機的選型前的設計計算及結構的確定：

    欲使某一微孔過濾機使用得好，選型前必須進行正確設計計算，對粉體的某些參數，如粉體的顆粒分布，粉體濾餅在不同壓差下的平均比阻等應進行一系列測試。

    對粉體的顆粒粒徑分布，主要要測按重量分布的粒徑（亦即按體積分布）與按個數分布的粒徑。前者可知該粉體的顆粒的細度，后者可了解該物料過濾的難度。

表一給出六種金屬化合物超細粉體的粒徑分布與平均粒徑測定值，由表一數據可知這六種超細粉體，按體積或重量計，有10%屬亞微米級粉體。

表一   六種金屬化合物超細粉體的粒徑分布與平均粒徑

    如碳酸鈷與氫氧化鈷粉體，有10%粉體已是納米級粉體。以表一這類測試的數據為基礎，再進行若干次不同濾速下的過濾精度試驗，并通過一定的計算，就可確定最佳濾材的精度、型號與規格。

    確定了濾材的型號后，應立即確定該粉體過濾所需的過濾面積與過濾機所需的外型尺寸與內部結構。為了這些設計，首先必須測定該粉體在不同壓差下的平均比阻。表二給出上述六種超細粉體的平均比阻測定值。

表二   六種超細金屬粉體的平均比阻測定值及與壓差之間關系式

由表二的過濾壓差與平均比阻之間的關系式，通過最佳過濾壓差的計算就可算出最佳壓差。再根據所需的過濾能力，料漿中的粉體的濃度與料漿的濾液粘度等參數代入過濾面計算公式就可計算出所需的過濾面積，計算出過濾機內濾材表面平均濾餅層厚度。

    濾餅洗滌效果需要進行一定次數的洗滌試驗，確定在不同濾餅層厚度條件下，在不同攪拌混和條件下，洗滌次數與每次洗滌水用量。

    還要測定不同濾餅層厚度條件下，濾餅壓干所需的壓力與時間，并測定每種壓力與時間條件下的濾餅平均含水率。

    綜合上述計算與測試所得的一系列數據，最后確定過濾機的外型尺寸，排卸干濾餅的排渣口直徑及內部結構，并確定過濾、洗滌與壓干的時間分配。

    確定了粉體微孔過濾機的結構，就很容易確定輔助裝置的型號與規格。輔助裝置主要是液體料漿的輸送裝置與壓縮空氣機及貯氣罐等氣動卸渣與再生等輔助裝置。

② 粉體微孔過濾機的應用方法：

    粉體微孔過濾機的應用方法主要包括過濾工藝，洗滌工藝，濾餅壓干工藝，濾材清洗與物理再生方法，化學再生工藝，過濾機及輔助裝置維護與檢修工藝等。

    不同品種的超細粉體，其各種應用技術基本上大同小異，但洗滌工藝往往差異較大。有的粉體容易洗滌，洗滌工藝中攪動混和操作比較簡單，有的洗滌難度較高，洗滌時攪拌混和就比較復雜。在選擇微孔過濾機結構時，應充份考慮洗滌工藝。尤其對非常細粉體，不僅洗滌難度高，而且過濾阻力也非常大。對這類物料單單進行小試驗，很難正確確定其洗滌工藝，最好應進行一定的中試試驗，才最終找到比較理想洗滌技術及相應的洗滌部件結構。

二、 本技術應用概況：

    以亞剛性高分子微孔濾材為主的精密微孔過濾技術從開始研發至今已有四十二年。早在四十年前的1968年，該技術還剛在起始研發階段，我們就將超細粉體的過濾與洗滌作為主要研究項目之一，至1973年第一個新型結構金屬粉體的微孔過濾機就在上海一個有色金屬廠用于氫氧化鉭與氫氧化鈮的超細粉體的過濾、洗滌與壓干，取代了“三足離心機加攪拌罐”的敞開式過濾與洗滌等落后工藝，將超細粉體的過濾、洗滌與壓干都在一個密閉的微孔過濾機內。這些微孔過濾機都是液壓傳動的機械化操作，不需人工繁重勞動，主要優點是過濾時細粉體不再穿濾，收率大幅提高，用氨水洗滌濾餅時，刺激性很大的氨氣體不再充滿車間，該廠用了近十年，直至車間轉產。

    1979年該裝備推廣到上海一個照相紙制造廠用超細硫酸鋇過濾與洗滌，兩臺10m²“微孔粉體過濾機”取代了3臺20m²的板框壓濾機，每天可過濾與洗滌1000多公斤的硫酸鋇的鋇漿。這種粉體微孔過濾機不僅革除板框壓濾機的繁重體力勞動，全部機械化操作，更主要超細硫酸鋇不再穿濾，每年減少損失40多噸，由于洗滌效率提高，洗滌時間縮短，每年減少無離子水7000多噸，該技術從1979年一直連續用到1999年，共應用二十年，直到企業轉產。

     八十年代至九十年代，我們一直從事超細粉體微孔過濾。重點從事化工與制藥及生產上的超細粉末活性炭過濾與超細催化劑的過濾等技術的開發。至二十一世紀，我們又重點進行超細金屬粉體的過濾，洗干與壓干等技術開發，研制出三種新型結構的微孔粉體過濾機，并都獲得了國家專利。這些過濾機已在氫氧化亞鎳、氫氧化鈷、超細銀粉、氫氧化鋯、鈦酸鉀晶須等多種稀有金屬超細粉體的過濾、洗滌與壓干。像氫氧化亞鎳與鈦酸鉀晶須都連續應用五年多，微孔粉體過濾機的機體直徑最大為φ1600mm，最大處理量每批達0.5噸固體粉體。

    目前這些技術正在多種超細金屬粉體上推廣，而在超細粉末活性炭與超細催化劑領域，其推廣規模已非常大。

三、 結束語：

    近十年來，各種超細粉體尤其有色金屬超細粉體的成功應用表明，以亞剛性高分子濾材為主的粉體微孔過濾技術是一類過濾精度很高，過濾效率很高，粉體損失很少，完全密閉，操作又方便，動力消耗很省的新技術，因此是一種既節能又減排的技術。當前，我國有色金屬資源愈來愈少，不允許再粗放加工，任意流失，造成資源匱泛，環境惡化。目前許多企業還在廣泛使用一些過濾效率低穿濾嚴重的過濾機。只要有關企業有意愿進行這方面技改，我們一定盡量配合，使之早日提高效率，減少損失。

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