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領(lǐng)發(fā)過濾器

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超細微粉體顆粒的過濾

文章出處：領(lǐng)發(fā)過濾器材作者：領(lǐng)發(fā)過濾科技 人氣： 發(fā)表時間：2025-03-02 23:31

 

超細微粉體的制備改性、純化等工藝過程中，往往要對粉體進行過濾與洗滌，過濾技術(shù)與裝置的性能優(yōu)劣，對產(chǎn)品質(zhì)量、收率、成本等有重大影響。
超細粉體有微米級、亞微米級與納米級三種超細粉體。微米級范圍很廣，從1000微米至1微米，究竟微米級中那一粒度范圍屬于超細粉體，不同領(lǐng)域，不同學(xué)者往往有不同理解。筆者認為，制備超細粉體的目是利用粉體超“細”所具有的優(yōu)異的表面特性，粒度超過一定數(shù)值，粉體表面的物理、化學(xué)等界面的優(yōu)異性能就不明顯。10微米以上至100微米粉體，雖屬于微米級粉體，不應(yīng)看作超細粉體，更嚴格看，5微米以上就不應(yīng)看作超細粉體。筆者更傾向于將3微米作為超細的分界線。
超細粉體的過濾與洗滌屬于濾餅過濾。當(dāng)粉體粒度小于10微米，尤其小于5微米，屬于難濾物料。過濾這些小于5微米的微粒，過濾效率低，穿濾嚴重是普通存在的難題。帶有大量穿濾微粒的濾液如直接排放，不僅資源浪費（穿濾的是最細的，往往也是粉體中最貴重的），還對環(huán)境嚴重污染。如采用長時間的回流過濾或者再串聯(lián)一個過濾精度更高的過濾機，雖可回收一部份，甚至可絕大部份回收，但造成能源消耗大幅增加，設(shè)備投資成本也明顯升高，這些狀況都是與可持續(xù)發(fā)展要求相背離的。
  從提高收率，節(jié)約資源與節(jié)省能源要求出發(fā)，簡單敘述超細粉體的過濾中某些基本規(guī)律。
一、  超細粉體的外在特性：
欲正確解決超細粉體的過濾與洗滌，必須首先了解有關(guān)粉體外在特性的若干事項。
1、   粉體的來源：天然礦產(chǎn)粉碎或人工化學(xué)制備，或從天然產(chǎn)品的半成品，再人工化學(xué)反應(yīng)，制備所需粉體。
2、   粉體顆粒的內(nèi)孔隙：粉體顆粒內(nèi)有無內(nèi)孔隙，（可通過測定比表面積了解）。
3、   親水性：粉體顆粒是親水或憎水（目測可定性了解，通過接觸角測定可定量了解）。
4、   粉體顆粒的形狀：通過超倍顯微鏡了解粉體的形狀，是球形、不定形、針形或片形。（有條件測定表面積與體積，計算各種形狀系數(shù)）。
5、   粉體的粒度分布：
所有超細粉體均是顆粒多分散體系，即使經(jīng)過分級效率很高的分級處理，仍是多分散體系，只是粒度分布寬度比分級前縮小。
粉體粒度分布是粉體外在特性中的最重要參數(shù)。粉體粒度分布的測定技術(shù)有多種，對亞微米級為主的超細粉體，激光光散射法是最常用的測量技術(shù)，它能快速給出體積、表面積、直徑及個數(shù)等為基準的粒度分布數(shù)據(jù)。對同一粉體，四種不同基準的分布參數(shù)相差很大。
現(xiàn)簡單舉一例，假如將1000顆0.2微米的粉體與一顆2微米的粉�；煸谝黄�，1000顆0.2微米有效體積（非堆積體積）與一顆2微米體積相等，以體積為基準的分布數(shù)，兩者各為50%，因而以重量為基準的粒度分布，0.2微米與2微米，也各為50%；如以表面積為基準，0.2微米的表面積占90.9%，2微米的表面占9.09%；如以個數(shù)基準，0.2微米的個數(shù)占99.9%，而2微米只占0.1%。
相差很大的三種不同基準的粒度分布值，可作不同用途使用。從體積為基準的分布數(shù)可整體上了解該粉體中不同粒度的重量比例；從以表面積為基準的分布數(shù)值可了解該粉體的基本價值，因為制備超細粉體的目的是利用粉體超細后所產(chǎn)生的表面特性，粉體愈細，表面積愈大，它比體積為基準的分布更清楚了解該粉體的外在品質(zhì)。對從事超細粉體氣固與液固過濾以及粉體洗滌的有關(guān)人員則必須充分了解以個數(shù)為基準的粒度分布數(shù)據(jù)，同時對比該超細粉體的體積分布與表面積分布的數(shù)據(jù)。如果過濾與洗滌過程中不能將最細顆粒全部濾住，雖然從重量上，亦即從體積上仍有很高收率，如過濾效率為98%，只損失2%，但穿濾的顆粒數(shù)的比例卻非常大，粉體的表面積損失比例也就很大，因而粉體的附加值損失就遠遠超過2%，這樣就會造成資源與能源極大浪費。
欲將最細粒度能幾乎全部濾住，技術(shù)難度非常高，過濾裝置的投資費與操作成本明顯增加，既要能高效濾住最細粉體，又能節(jié)約投資與操作成本，這是粉體過濾技術(shù)工作者必須解決的一項難題。
二、  確保過濾精度：
所謂過濾精度是指能被全部濾住的最小的顆粒大小。超細微粉體是多分散體混合體，應(yīng)分析原粉體的體積分布，表面積分布及個數(shù)分布等幾種不同分布值，以資源與能源最佳利用為原則選定該粉體的過濾精度。
作者認為超細粉體液體過濾的過濾精度ds與許多因素有關(guān)，既與過濾介質(zhì)的平均毛細孔徑dm有關(guān)，與過濾介質(zhì)的厚度△S有關(guān)，與液體通過過濾介質(zhì)毛細孔的線速度，與濾液粘度μ有關(guān)，與被過濾固體顆粒與過濾介質(zhì)界面相互作用有關(guān)。
國外某些學(xué)者提出，ds僅與過濾介質(zhì)平均孔徑dm有關(guān)。
從球形鎳粉與蒙乃爾燒結(jié)多孔介質(zhì)的過濾歸納出：
ds=K•dm………………（1）
式中：
K——對不同粉體K為1/3～1/8
作者于二十多年前根據(jù)實驗數(shù)據(jù)及理論分析，對亞微米微粒為主的固體顆粒的過濾提出如下計算公式： 
為了確保所選的ds，超細粉體過濾的過濾方法有兩種方案，一種是過濾操作一起動，就要使所需精度的粉體不穿濾，過濾過程依靠濾材表層的毛細孔來截留；另一種是過濾一啟動，大量最細顆粒穿濾，濾材表面只積留最粗的粉體，利用該粉體濾餅的平均毛細孔徑，繼續(xù)過濾粒徑更細的粉體。利用濾液整體不斷循環(huán)過濾，從濾餅表面開始連續(xù)形成毛細孔徑愈來愈小的濾餅層，直至最后達到所需的過濾精度，才停止濾液循環(huán)。
第一種方法是理想方法，對粒徑很小的超細粉體，該方法技術(shù)難度相當(dāng)大，第二種方法會造成過濾能源大量增加，僅適宜粉體特別細，沒有其他技術(shù)可有效解決而不得不采用。如果循環(huán)量不超過總處理量的5%，第二種方法可勉強采用。
作者研究了幾種超細粉體的過濾與洗滌，這些粉體按個數(shù)分布的粒度非常細，但只要各種參數(shù)選擇好，均可作到一次將濾液濾清，不穿濾。表一給出這些粉體顆粒粒度及不穿濾的濾速等基本數(shù)據(jù)。
表一    幾種超細粉體的粒度分布與起動濾速的選擇
物料
名稱 粉體的重量濃度 % 以個數(shù)為基準的粒徑的累積分布 濾餅層厚度mm 過濾起動時濾速(m/h)
  D10
μm D25
μm D50
μm D75
μm D98
μm 平 均
粒 徑
μm  
超細炭
酸鈣與
水溶液 10% 0.0543 0.0837 0.1425 0.2428 0.8233 0.2123 29 0.3
超細氧化鋁與乙醇 2.5% 0.1152 0.2252 0.3142 0.5104 2.1346 0.5237 8 0.5
鈷酸鋰與水溶液 20% 0.0496 0.0811 0.2219 0.5952 1.8450 0.4472 75 0.4
二氧化硅微粉與水溶液 20% 0.0472 0.0609 0.1300 0.2290 0.8056 0.1985 65 0.5
膨潤土與水溶液 20% 0.050 0.0892 0.1402 0.2326 0.8231 0.2095 42 0.1
 
三、  超細粉體液體過濾的其他計算：
1、  濾餅層的平均比阻α及同過濾壓差△P之間關(guān)系：
   在確保過濾精度基礎(chǔ)上，應(yīng)測定濾餅層的平均比阻α與過濾壓差△P之間的關(guān)系，并歸納出α與△P之間的數(shù)學(xué)模型。存在兩種數(shù)學(xué)模型，即：
 
2、  最佳過濾壓差：
   對不可壓縮濾餅，不存在最佳過濾壓差，對大部份粉體物料，都存在或多或少可壓縮性，都有一個最佳過濾壓差，可根據(jù)（3）計算最佳壓差△PJ。
以上諸式中：
t —— 累計過濾時間          (S)
F—— 過濾面積              (m2)
Rmo—— 過濾介質(zhì)的原始阻力（1/m）
g—— 常數(shù)9.81              (m/s2)
c—— 濾餅的體積濃度      （—）
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此文關(guān)鍵字：細微,粉體,顆粒,過濾,細微,粉體,制備,改性,純化,工藝,

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