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本文苏州八零后保洁公司通过对陶瓷过滤机的基本原理及工作程序的综述，剖析了固液分离用陶瓷过滤板的高效节能机理与在清洗过滤板的方法。旨在让苏州相城保洁公司技术人员清楚陶瓷过滤机的原理技术，以便于苏州开荒保洁行业人员的了解。
1、前言
随着人类对绿色环保意识的加强，节能减排理念已成为全球人的共识。如何改进现有的生产技术，寻求新的节能途径，已是全球低碳经济所追寻探讨的重点。固液分离作为产业化生产经营中耗能巨大的工序之一，是钢铁、化工、有色金属、煤炭、医药、酿酒等众多行业生产过程中不可缺少的重要环节。长期以来，固液分离采用滤布为过滤介质的传统圆盘或滚筒式真空抽滤装置，存在着过滤速度低、耗能高、过滤物含水率高及劳动强度大等缺点。陶瓷过滤机的研制成功打破了传统过滤行业模式，广受用户青睐。这是一种高效节能的真空过滤设备，对生产过程中的节能降耗意义重大。
2、过滤的基本概念
过滤原理如图1所示，是利用一种具有众多毛细孔的物体作为介质，在介质两侧压差的推动下，使悬浮液中的液体通过介质的毛细孔，而将其中的固体微粒截留，从而达到固、液两相分离之目的。过滤操作所处理的悬浮液称为滤浆，所用的多孔物质称为过滤介质，通过介质孔道的液体称为滤液，被介质截留的固体颗粒层称为滤渣或滤饼。
3、 陶瓷过滤机结构及运行
3.1毛细效应原理与微孔陶瓷过滤板结构性能设计
毛细效应原理应用于脱水过滤是奥托昆普明太克公司陶瓷圆盘过滤机的独创之处【1】。它基于微孔中产生的毛细上升。所谓毛细上升指的是将直径为D的毛细管插入水中后，由于水的表面张力和水与管壁间的亲水作用，毛细管内的水面高于管外液面，且呈凹形的现象。此现象可用开尔文(Kelvin)定律来描述。即：
从上式中可知，当液体一定时，毛细管引力主要取决于毛细管孔径。而微孔陶瓷的毛细管孔径又主要由骨料颗粒的大小来决定，当骨料为准球形颗粒时，孔径与骨料粒度的关系可由下式2表示:
陶瓷过滤板是陶瓷过滤机的核心部件，过滤板材质一般选用耐腐蚀性好，透气性强的氧化铝类、碳化硅类陶瓷。其结构形状主要为中空的扇形版面，空腔内充填与版面相近的陶瓷球柱体，扇形角度通常为30°、45°，结构造型如图2所示，其结构特点为对有关联接固紧件、粘结密封等要求严密，其滤板管借口由塑料件或不锈钢管材料加工而成，管口紧靠部分用树脂膜涂料覆盖，弧线以及两边腰部采用环氧树脂密封或者部分上釉，以加强强度和密封[1]。
作为固液分离用微孔陶瓷板的性能设计，首先必须考虑使其实现毛细管引力大于真空抽力；其次要考虑尽可能大的渗透量，达到最好的过滤效果；满足使用强度要求是能否用于生产的前提条件，良好的耐酸碱腐蚀性可有效地提高使用寿命。且设计与制作中还须考虑添加粘结剂量、成型密度、烧成温度等因素对孔径变化而带来的影响。
如：以Al2O3为骨料时,其粒径与最大孔径的关系如图2所示可见粒径与最大孔径几乎成正比，选择合适的粒径即可控制其孔径。
3.2陶瓷过滤机的构成及工作原理
陶瓷过滤机主要构成如图3所示，主要由转子、搅拌器、刮刀组件、料浆槽、分配器、陶瓷过滤板、真空系统、联合清洗（超声波清洗、自动配酸酸洗）系统、自动化控制系统和槽体、机架等几部分组成。
陶瓷过滤机工作原理是“真空吸滤”。与普通真空圆盘式过滤机相比，外形结构都十分相似，即在压强差的作用下，悬浮液通过过滤介质时，颗粒被截留在介质表面形成滤饼，而液体则通过过滤介质流出，达到了固液分离的目的。其主要区别在于过滤介质不同，陶瓷过滤机用“透水不透气”的多孔陶瓷过滤板作为过滤介质，取代了滤布。陶瓷过滤板具有产生毛细效应的微孔，使微孔中的毛细作用力大于真空所施加的力，使微孔始终保持充满液体状态，由于没有空气透过，固液分离时能耗低、真空度高。从而使其性能产生了质的飞跃。
陶瓷过滤机的工作运行的过程主要包括过滤、洗涤、干燥及卸饼四个阶段。
在驱动装置的带动下，真空泵产生负压，过滤盘随着过滤机的主轴转动渗入清洗槽的溶液里，在无外力作用下进行毛细作用吸附浆液，固体物吸附在过滤板表面上，滤液吸入滤液罐中由滤液泵排出。当滤板转出液面后，在真空泵产生的负压下，吸附在滤板表面的滤饼被干燥。当被干燥后的滤饼的过滤板转过刮刀时，刮刀将滤饼刮落。随即过滤盘进入反冲洗系统，滤液泵将一部分滤液经由清洗管路、分配头打在过滤板上，从内向外将残留在其表面的物料冲洗掉，保持过滤板的过滤效率。整个工作程序由可编程序控制器PLC控制，可自动或手动连续进行[2]。
3.3陶瓷过滤机的过滤机理
陶瓷过滤机系统过滤是一种错流过滤，见图4又称切向流（Cross—Flow Filtration）过滤。传统过滤时过滤液体垂直于过滤介质，过滤阻力主要来之滤饼。错流过滤打破了传统过滤的机制，即液体的流向和滤膜相切。
陶瓷过滤机与其他的固液分离设备的不同之处在过滤介质为陶瓷过滤板，陶瓷过滤板具有产生毛细作用的微孔，使微孔中的毛细作用力大于真空所施加的力，使微孔中始终保持充满液体状态，无论什么情况下都是透水不透气，真空度高。其特点主要有
1）真空度一般在—0.095——0.098MPa之间，滤饼水分低，产量高；
2）真空损失少，节能显著；
3）陶瓷过滤板的微孔一般都在0.5——2um左右，滤液清澈，无环境污染，水资源循环利用；
4）设备的自动化程度高，劳动强度低，维护更换简便，工作量小。
4、 陶瓷过滤板的清洗
如何通过清洗保证陶瓷板中毛细管的畅通而不被堵塞，这是保证陶瓷过滤机正常运转的关键。
陶瓷过滤板与以往过滤介质最大的不同就是使用寿命长，可以反复使用。每一块陶瓷板的过滤效率的高低在于被过滤的物料是否最大限度地从陶瓷板的微孔中被清除干净。每一过滤循环完成后，陶瓷板立即被反冲洗水清洗，反冲洗水的压力约为（0.5～0.8）×105Pa，冲洗时间为2～5s，这样就洗掉了由于滤板与刮板之间的间隙所引起的残留滤饼及瓷片表面微孔中细小颗粒。
但工作一段时间后的过滤板与其它过滤介质一样，会发生堵塞，长时间的运行仅靠反冲洗水是不能将挤入过滤瓷片表面微孔中的细小颗粒及碳酸钙、硫酸钙等的化学物质清洗干净的。为恢复其技术性能，经过一段时间的运行后，按照预先设定的时间和程序在PLC控制下，设备自动进入联合清洗过程，此时设置在清洗槽内的超声波振板以30KHz左右的频率进行振动，振动产生的气泡发生“空化作用”，对陶瓷过滤板表面的附着物进行“轰击”，以机械方法促使其脱落，实现对滤板表面的清洗。必要时可闭合回路，在清洗槽内加适量的酸（通常用浓度1~3%稀硝酸）和清水混合，经分配头打入过滤板，从内向外对滤板微孔内的堵塞物进行溶洗。经过联合清洗，滤板重新恢复到过滤前的性能[5-6]。
针对堵塞微孔物质的物理化学性质，采用物理和化学清洗相结合的办法，应用不同的化学试剂及相应的方式，确保滤盘清洗达到理想效果。
为了保持滤片的透气性，陶瓷过滤机上一般都配备有超声波和酸洗的联合清洗装置。超声波振荡器安放在两个滤盘之间，清洗时箱体内部装有一定水位的水，超声波振荡器工作时，滤盘周围的水面就会产生很强的与机械刷洗的效果类似的气穴。为了加强清洗效果，还配合有酸洗，一般采用约含１％的稀硝酸与反冲洗水同时清洗滤片，每次联合清洗间隔可根据实际情况而定。实际应用表明，每次清洗后，滤盘表面清净程度与所过滤物料及清洗时间和所用清洗剂有关。经过联合清洗，滤板重新恢复到过滤前的性能。
5、陶瓷过滤板清洗技术发展动态
多孔陶瓷过滤板是陶瓷过滤机的核心部件，其性能的好坏。在很大程度上决定了陶瓷过滤机的使用效果。陶瓷过滤板的国产化经历了十多年的发展历程，产品已更新换代至当前最为先进的覆膜增强型陶瓷过滤板。
这种新型陶瓷过滤板采用高强度大孔基材。表面涂覆超薄高性能陶瓷过滤膜。显然。陶瓷膜对矿浆的过滤起着至关重要的作用。但是，一直以来，用户在使用过程中遇到的最大问题就是陶瓷过滤板容易堵塞。轻则引起陶瓷过滤机的生产能力下降，重则造成陶瓷过滤板过早报废，给用户带来很大的经济损失和生产成本。因此。陶瓷过滤板堵塞机理和清洗方法的研究就显得尤为重要。
陶瓷过滤板的堵塞主要体现在陶瓷膜被污染，按被污染的部位可分为：膜表面沉积与吸附、膜孔道内阻塞与吸附、膜与基体结合处(过渡层)堵塞。膜的清洗分为物理方法和化学方法，物理方法包括：反冲洗，超声波清洗；化学方法主要是：酸碱清洗，氧化剂清洗等，一般根据陶瓷膜材质、污染物和被污染程度的不同加以选用【7】。
在实际生产中，陶瓷过滤板每完成一次抽滤，系统自动会对它进行一次反冲洗。而且每天也会有两至四次约半小时的超声清洗和化学清洗。但是很大一部分用户所使用的陶瓷过滤板仍然不能被清洗彻底，随着使用时间的延长，堵塞物会慢慢积累，最终导致过滤板堵死。显然，现在使用的方法是不能适应各种场合陶瓷过滤板清洗的要求【8-9】。
通过对各种陶瓷板堵塞物化学成份和形态的研究发现，硅溶胶对陶瓷板的堵塞非常普遍，而且堵塞后的陶瓷板使用常用的化学药剂如硝酸、草酸、氢氧化钠等均很难清洗。因此，研究硅溶胶堵塞陶瓷膜的机理就显得非常重要，前江苏陶瓷研究所罗益军等人针对堵塞物堵塞陶瓷膜的部位以及堵塞物的化学成份、形态作出正确的判断，展开耐氟陶瓷过滤板相关方面的研究[10]。
其主要思路就是选用高纯优质的刚玉质原料，用性能优异的纳米氧化铝为主要粘结剂，用不含硅元素的活性物质作为矿化剂和成孔剂。过滤性能与普通微米级陶瓷过滤板无异。在浓度为1％的氢氟酸溶液中长时间浸泡而不被腐蚀．材料强度也不起变化。从而采取相应的清洗方案，很好地解决这个难题。
5、 小结
1）陶瓷真空过滤机是一种新型的高效节能液固分离设备，其先进的设计理念，合理的结构组成，全自动化运作，优良性能可广泛应用于矿山、冶金、煤炭、环保、食品、建材、化工等行业中。
2）陶瓷真空过滤机清洗模式简单、便利。就投资而言，陶瓷真空过滤机节能效果显著，能减少贵金属流失和环保费用，水资源能够充分利用。对于缺水地区可达到节能环保功用。
3）耐氟陶瓷过滤板的研发，从根本上解决了硅溶胶对陶瓷过滤板堵塞问题。
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