CN110756512A - 微米级高硬度粉体清洗分离系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微米级高硬度粉体清洗分离系统，包括膜池、物料循环机构、曝气机构、陶瓷平板膜分离机构和供水机构。同时本发明还公开了一种微米级高硬度粉体清洗分离方法，采用气泡无序混合摩擦清洗，陶瓷平板膜分离废液。本发明提供了一种微米级高硬度粉体清洗分离系统，系统采用气泡无序混合摩擦清洗，陶瓷平板膜分离废液，曝气机构和物料循环机构防沉降，可制备出得到高纯度低电导率的微米级粉体，且系统无堵塞，运行顺畅。本发明还提供一种微米级高硬度粉体清洗分离方法，采用曝气替代传统搅拌的方法，通过曝气将微米级高硬度粉体与纯水有效无序混合翻滚，达到更加均匀的摩擦清洗效果，清洗效果更佳，且极大的延长陶瓷平板膜的使用寿命。

Description

微米级高硬度粉体清洗分离系统及方法

技术领域

本发明涉及粉体加工技术领域，尤其涉及一种微米级高硬度粉体清洗分离系统及方法。

背景技术

微米级粉体是指尺寸大约为0.5微米～10微米的微小固体颗粒，其在机械、热能、电磁、生物医学、光学等领域中有广泛应用。目前，无机粉体材料中具有代表性的包括氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅、二氧化硅、氮化铝、刚玉等，这些高硬度微米级粉体具有一系列特异的光学、热学、电学及磁学等方面特性。然而，上述无机粉体材料由于粒径的变化一般具有较高的电导率和磁性，会发生一定的团聚现象，无法满足无机粉体材料在产品制备过程中高纯度、低电导率、粒径分布窄、无团聚的要求。因此，如何对无机粉体材料进行处理以降低电导率，提高纯度，维持分散是亟待解决的问题。

现有技术中，有少量的管式陶瓷膜用于无机粉体材料处理的应用，但效果并不理想。管式陶瓷膜是通过水泵把浆液打到膜管中间的若干小孔流道中流动，形成带压错流过滤，但因管式陶瓷膜膜孔流道结构复杂，若干小膜孔即是流道或者膜过滤面过滤面积太小，只能将少量废水从膜管中挤出，并且当混合浆液浓度升高时，会出现物料不流动现象，直接堵塞膜管流道现象，造成整台设备瘫痪，膜管报废，更严重的是物料一旦停滞不流动，就会迅速沉降，导致物料在沉积在管道、水泵、物料箱中难以清除。

发明内容

本发明为克服现有技术存在的问题，提供一种微米级高硬度粉体清洗分离系统，系统采用气泡无序混合摩擦清洗，陶瓷平板膜分离废液，曝气机构和物料循环机构防沉降，可制备出得到高纯度低电导率的微米级粉体，且系统无堵塞，运行顺畅。同时，本发明还提供一种微米级高硬度粉体清洗分离方法，采用曝气替代传统搅拌的方法，通过曝气将微米级高硬度粉体与纯水有效无序混合翻滚，达到更加均匀的摩擦清洗效果，清洗效果更佳，且极大的延长陶瓷平板膜的使用寿命。

本发明采用的技术方案是：

微米级高硬度粉体清洗分离系统，包括

膜池，用于提供微米级高硬度粉体清洗分离的容器；

物料循环机构，与所述膜池底部连接，用于采用外循环方式将所述膜池底部的浆料抽出后回流加入到所述膜池内上部，防止微米级高硬度粉体沉降；

曝气机构，其曝气部分安装在所述膜池内，用于向所述膜池内通入气泡对微米级高硬度粉体进行无序混合摩擦清洗，防止微米级高硬度粉体沉降；

陶瓷平板膜分离机构，具有陶瓷平板膜；所述陶瓷平板膜安装在所述膜池内并位于所述曝气机构曝气部分的上方，用于采用内吸式膜表面过滤所述膜池内的废水；

供水机构，与所述膜池连接，用于向所述膜池内注入和补充新的纯水。

进一步地，所述膜池下部呈逐上大下小的梯形台状，梯形台斜面倾角30°～60°。

进一步地，在所述膜池外壁部位不同高度位置处安装有液位变送器。

进一步地，所述物料循环机构包括电动隔膜泵、循环阀和排料阀。

进一步地，所述曝气机构包括鼓风机、第一止回阀、中间曝气管和底部曝气管，所述中间曝气管呈环形，安装在所述膜池下梯形台部分的中间位置处，所述底层曝气管呈直线状，安装在所述膜池底部。

进一步地，所述陶瓷平板膜分离机构还包括自吸泵、调节阀、第二止回阀和流量计，所述平板陶瓷膜与所述自吸泵、所述调节阀、所述第二止回阀和所述流量计连接，所述平板陶瓷膜采用单片或者多片组合，板面沿所述膜池高度方向设置。

进一步地，所述陶瓷平板膜分离机构还包括真空压力变送器和电导率监测仪。

进一步地，所述供水机构分别与所述膜池相对的两侧下部连接，其包括增压泵和纯水阀。

9.微米级高硬度粉体清洗分离方法，步骤包括

a.将微米级高硬度粉体加入到曝气的纯水中形成浆液；

b.对浆液进行曝气，无序摩擦清洗；利用陶瓷平板膜分离清洗废液并同时补充纯水；对浆液进行外循环，防止沉降；

c.清洗合格后，停止补充纯水，保持曝气和陶瓷平板膜分离清洗废液操作，浓缩；

d.停止陶瓷平板膜分离清洗废液操作，卸料；

进一步地，所述步骤a中，纯水电导率0～10μs/cm，微米级高硬度粉体与纯水重量比为1：3或1：2；

所述步骤b中，废液排放量≤纯水补给量；

所述步骤c中，浓缩至微米级高硬度粉体与纯水重量比为1：1。

本发明的有益效果是：

1.本发明为解决现有技术中对粉体材料进行处理时存在的问题，设计了一种微米级高硬度粉体清洗分离系统，系统包括膜池、物料循环机构、曝气机构、陶瓷平板膜分离机构和供水机构。把高硬度微米级粉体与纯水在膜池内通过曝气充分无序混合摩擦清洗，再不断加入纯水补水，将高电导率置换为低电导率，摩擦使粉体分散无团聚。同时，在膜池中部和底部设置曝气机构以及物料循环机构，最大程度地消除了物料沉降现象。清洗过程中通过陶瓷平板膜将高电导废水从混合浆液中分离出来，最终得到高纯度低电导率的微米级粉体。

2.本发明还提供了一种微米级高硬度粉体清洗分离方法，采用曝气替代传统搅拌的方法，通过曝气将微米级高硬度粉体与纯水有效无序混合翻滚，达到更加均匀的摩擦清洗效果。同时，陶瓷平板膜将高电导废水从混合浆液中分离出来，最终得到高纯度低电导率的微米级粉体。再者，曝气和浆料外循环同时运行，有效的消除了物料沉降问题，即使中途停止陶瓷平板膜工作，物料也不会出现沉降现象，降低了堵膜和物料沉降的风险，延长了陶瓷平板膜使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有现技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施方式中，微米级高硬度粉体清洗分离系统的主视图。

图2为本发明实施方式中，微米级高硬度粉体清洗分离系统的侧视图。

图3为本发明实施方式中，微米级高硬度粉体清洗分离系统的背视图。

图4为本发明实施方式中，微米级高硬度粉体清洗分离系统的俯视图。

图5为本发明实施方式中，微米级高硬度粉体清洗分离系统的逻辑连接结构示意图。

图6为本发明实施方式中，膜池内中间曝气管和底层曝气管的布置位置示意图一。

图7为本发明实施方式中，膜池内中间曝气管和底层曝气管的布置位置示意图二。

图8为本发明实施方式中，底层曝气管上穿孔出气孔的布置示意图。

图9为图8中A-A向剖视结构示意图。

图10为本发明实施方式中微米级高硬度粉体清洗沉降原理示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。

下面结合附图对本发明/发明的实施例进行详细说明。

实施例1

一种微米级高硬度粉体清洗分离系统，其结构如附图1-10所示。系统包括膜池1、物料循环机构2、曝气机构3、陶瓷平板膜分离机构4和供水机构5。其中，膜池1用于提供微米级高硬度粉体清洗分离的容器，物料循环机构2用于采用外循环方式将膜池1底部的浆料抽出后回流加入到膜池1内，曝气机构3用于向膜池1内通入气泡对微米级高硬度粉体进行无序混合摩擦清洗以及清理陶瓷平板分离机构4表面附着物，陶瓷平板膜分离机构4用于采用内吸式膜表面过滤膜池1内的洗液，供水机构5用于向膜池1内注入和补充新的洗液。本实施方式中，采用的洗液为纯水，电导率0～10μs/cm。微米级高硬度粉体与纯水混合后的浆料的电导率为20～400μs/cm。

具体的，膜池1，顶部敞口，底部封闭。膜池1上部为长方体，下部为长度方向的两边向底面倾斜的梯形台状，底面宽度50～200mm，用于安装曝气机构3。

本实施方式中，梯形台的倾角为30°～60°，优选45°。

本实施方式中，在膜池1侧壁上不同高度位置处安装有液位变送器101，用于监测膜池1内的液位高度，并适时开启物料循环机构2和曝气机构3。液位变送器101采用压力式隔膜液位变送器，通过压力大小转换为水深高度，量程0-40KPa，压力转换值10KPa即转换为1米水深，隔膜式结构有效防止浆料进入液位变送器堵住感应器。

物料循环机构2，其入口端与膜池1底部中央位置处连接，出口端朝向与膜池1上部内侧。物料循环机构2包括电动隔膜泵201、循环阀202和排料阀203，循环阀202分别安装在电动隔膜泵201入口端和出口端与膜池1的连接管路上。物料循环机构2采用外循环方式将膜池1底部的浆料循环抽到膜池1上部，防止膜池1底部微米级高硬度粉体沉降。出料时，开启排料阀203出料。

曝气机构3，其曝气部分位于膜池1内。曝气机构3包括鼓风机301、第一止回阀302、中间曝气管303和底部曝气管304。中间曝气管303呈环形，安装在膜池1下梯形台部分的中间位置处，其整体的长度方向朝向膜池1的长度方向。底层曝气管304呈直线状，沿膜池1长度方向安装在膜池1底部。鼓风机301吸入气体，中间曝气管303和底部曝气管304释放产生气泡。一方面通过在膜池1内均匀曝气，气泡上浮使微米级高硬度粉体在水中自然翻滚代替搅拌。另一方面气泡上浮，经过陶瓷平板膜分离机构4膜面，自然炸裂，有效冲刷带走陶瓷平板膜分离机构4表面的污染物，防止陶瓷平板膜分离机构4膜表面污堵。最后，曝气可以有效防止微米级高硬度粉体在底部沉积。

本实施方式中，中间曝气管303和底部曝气管304上的穿孔出气孔交错分布，出气方向倾斜朝向膜池1底面，与水平方向呈45°夹角。

陶瓷平板膜分离机构4，安装膜池1内并位于中间曝气管303和底部曝气管304的上方。陶瓷平板膜分离机构4包括陶瓷平板膜401、自吸泵402、调节阀403、第二止回阀404和流量计405。陶瓷平板膜401过滤精度选用0.05微米～5微米，安装在膜池1内并位于中间曝气管303和底部曝气管304的上方。通过自吸泵402的真空抽吸力，陶瓷平板膜401将膜池1内的高电导率废水从混合浆料中分离出来，经过调节阀403、第二止回阀404、流量计405排出。通过调节阀403控制分离废水出水流量≤纯水进水流量，维持设备进水和出水尽量平衡。

本实施方式中，为了提高废液分离效果，可采用多张陶瓷平板膜401排列组合，陶瓷平板膜401之间串联和/或并联连接，板面沿膜池1高度方向安装，利于气泡上浮过程中，带走陶瓷平板膜401表面的附着物。

本实施方式中，为了监测陶瓷平板膜401表面的污染情况以及废水电导率，在连接管路上设有真空压力变送器406和电导率监测仪407。真空压力变送器406可检测陶瓷平板膜401膜表面污堵情况，通过观察真空压力值处于负值的大小，即可判断陶瓷平板膜401是否需要清洗或更换。

供水机构5，与膜池1长度方向的两侧最底部连接，从两侧向膜池1内补充纯水。供水机构5包括增压泵501和纯水阀502。纯水来水通过增压泵501增压，经过纯水阀502，从膜池1两侧进入，进水压力0.2～0.4Mpa之间，纯水不断进水，消除膜池1最底部两侧的物料沉积现象，同时为陶瓷平板膜401分离清洗提供纯水补水。

本发明实施方式中，一种微米级高硬度粉体清洗分离系统的工作原理是：

把高硬度微米级粉体与纯水在膜池内通过曝气充分无序混合摩擦清洗，再不断加入纯水补水，将高电导率置换为低电导率，摩擦使粉体分散无团聚。同时，在膜池中部和底部设置曝气机构以及物料循环机构，最大程度地消除了物料沉降现象。清洗过程中通过陶瓷平板膜将高电导废水从混合浆液中分离出来，最终得到高纯度低电导率的微米级粉体。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

1、采用了陶瓷平板膜内吸式膜表面过滤的方法，不会出现膜孔堵住现象，曝气气泡上升过程中炸裂不断冲刷膜表面，有效防止膜表面污堵，使陶瓷平板膜可长期有效的稳定运行，成功的解决了现有管式陶瓷膜，浆液直接堵塞膜孔流道的难题。

2、采用了陶瓷平板膜用于微米级高硬度粉体物理分离清洗过程中，膜不会造成摩擦损耗，不会出现膜孔堵塞，膜表面污堵可有效冲刷，大大延长了膜的使用寿命，陶瓷平板膜在更换上大大减少，成本也随之下降。

3、采用了曝气方式代替传统机械搅拌方式，曝气采用穿孔曝气，产生气泡，气泡上升过程中促使浆液翻滚无序摩擦，气泡上升无规律，摩擦清洗效果更均匀，成功的优化了传统搅拌装置，浆液流动呈流线，在流动过程中一直处于规律位置，混合时间长，摩擦清洗效果差。

4、微米级高硬度粉体由于自身密度高，在水中沉降速度非常快，曝气机构和物料循环机构的设置，使微米级高硬度粉体在纯水中无法沉降，微米级高硬度粉体颗粒会随气泡上升而带动上升，最大程度地消除了物料沉降。而传统管式陶瓷膜是通过水泵给水增压，利用水的流速，带动物料浆液流动，若流速过低或浆液浓度升高，就会立即堵住管式陶瓷膜膜孔流道，造成设备瘫痪，管道及水泵内物料不流动，迅速沉降，堵住所有管道、水泵和物料池难以清除。

5、设备自动化程度高，人工只用进行投加粉体物料和合格后排料即可。

实施例2

一种微米级高硬度粉体清洗分离方法，其步骤为：

a.将微米级高硬度粉体加入到曝气的纯水中形成浆液，微米级高硬度粉体与纯水重量比为1：3或1：2。

b.对浆液进行曝气，无序摩擦清洗，利用陶瓷平板膜分离清洗废液，并同时补充纯水，废液排放量≤纯水补给量，对浆液进行外循环，防止沉降。

c.清洗合格后，停止补充纯水，保持曝气和陶瓷平板膜分离清洗废液操作，浓缩至微米级高硬度粉体与纯水重量比为1：1。

d.停止陶瓷平板膜分离清洗废液操作，卸料。

具体的，采用实施例1中的微米级高硬度粉体清洗分离系统进行微米级高硬度粉体清洗分离步骤为：

(1)确认膜池1内及所有部件干净并无任何异物及杂质，打开纯水阀502再开启增压泵501，加注纯水至陶瓷平板膜401没入液面以下。

两个循环阀202同时开启，排料阀203为关闭状态，电动隔膜泵201自动启动，将膜池1内底部的纯水循环抽出后回流到膜池1上部。

鼓风机301吸入气体，中间曝气管303和底部曝气管304释放产生气泡，中间曝气管303充分曝气混合物料，气泡上浮，冲刷陶瓷平板膜401膜表面，防止膜污堵；底部曝气管304充分曝气，主要防止底部物料沉降。

微米级高硬度粉体从膜池1两侧空位缓慢投加到膜池1中，膜池1内曝气使纯水无序翻滚，混合成物料浆液。

(2)膜池1内曝气产生的气泡带动水体浆料无序翻滚，有效均匀的进行摩擦清洗。一方面，将高电导率粉体原料通过低电导率纯水不断摩擦清洗置换为低电导率状态，另一方面物料通过在纯水水体中不断摩擦清洗，消除颗粒物与颗粒物之间的团聚能力，清洗后的粉体材料自然分散，无团聚。

电动隔膜泵201将底部偏大直径的物料浆液循环至膜池1上半部分。

手动打开调节阀403，打开自吸泵402，依靠自吸泵402真空自吸能力，通过置于浆液中的陶瓷平板膜401，有效将细小颗粒物料隔离，把浆液中的高电导率废水吸出膜池1。低电导率纯水通过置换后，变为高电导率废水，需将高电导率废水从物料浆液中分离处理，补加新的纯水进入膜池，达到分离清洗的效果。

增压泵501持续工作，从膜池1两侧下方补充纯水。

(3)清洗合格后，关闭增压泵501，再关闭纯水阀502。

物料循环机构2、曝气机构3和陶瓷平板膜分离机构4继续工作，浓缩。

(4)浓缩完成后，陶瓷平板膜分离机构4停机，物料循环机构2和曝气机构3继续工作，进入待排料状态。

先打开排料阀203，再关闭回流至膜池1上部的循环阀202，通过电动隔膜泵201自身吸力，将物料从膜池最底部吸出，通过泵自身出口扬程将浆料从排料阀203管道排出。

Claims (10)

1.微米级高硬度粉体清洗分离系统，其特征在于：包括

膜池，用于提供微米级高硬度粉体清洗分离的容器；

物料循环机构，与所述膜池底部连接，用于采用外循环方式将所述膜池底部的浆料抽出后回流加入到所述膜池内上部，防止微米级高硬度粉体沉降；

曝气机构，其曝气部分安装在所述膜池内，用于向所述膜池内通入气泡对微米级高硬度粉体进行无序混合摩擦清洗，防止微米级高硬度粉体沉降；

陶瓷平板膜分离机构，具有陶瓷平板膜；所述陶瓷平板膜安装在所述膜池内并位于所述曝气机构曝气部分的上方，用于采用内吸式膜表面过滤所述膜池内的废水；

供水机构，与所述膜池连接，用于向所述膜池内注入和补充新的纯水。

2.根据权利要求1所述的微米级高硬度粉体清洗分离系统，其特征在于：所述膜池下部呈逐上大下小的梯形台状，梯形台斜面倾角30°～60°。

3.根据权利要求1所述的微米级高硬度粉体清洗分离系统，其特征在于：在所述膜池外壁部位不同高度位置处安装有液位变送器。

4.根据权利要求1所述的微米级高硬度粉体清洗分离系统，其特征在于：所述物料循环机构包括电动隔膜泵、循环阀和排料阀。

5.根据权利要求2所述的微米级高硬度粉体清洗分离系统，其特征在于：所述曝气机构包括鼓风机、第一止回阀、中间曝气管和底部曝气管，所述中间曝气管呈环形，安装在所述膜池下梯形台部分的中间位置处，所述底层曝气管呈直线状，安装在所述膜池底部。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的微米级高硬度粉体清洗分离系统，其特征在于：所述陶瓷平板膜分离机构还包括自吸泵、调节阀、第二止回阀和流量计，所述平板陶瓷膜与所述自吸泵、所述调节阀、所述第二止回阀和所述流量计连接，所述平板陶瓷膜采用单片或者多片组合，板面沿所述膜池高度方向设置。

7.根据权利要求6所述的微米级高硬度粉体清洗分离系统，其特征在于：所述陶瓷平板膜分离机构还包括真空压力变送器和电导率监测仪。

8.根据权利要求1所述的微米级高硬度粉体清洗分离系统，其特征在于：所述供水机构分别与所述膜池相对的两侧下部连接，其包括增压泵和纯水阀。

9.微米级高硬度粉体清洗分离方法，其特征在于：步骤包括

a.将微米级高硬度粉体加入到曝气的纯水中形成浆液；

b.对浆液进行曝气，无序摩擦清洗；利用陶瓷平板膜分离清洗废液并同时补充纯水；对浆液进行外循环，防止沉降；

c.清洗合格后，停止补充纯水，保持曝气和陶瓷平板膜分离清洗废液操作，浓缩；

d.停止陶瓷平板膜分离清洗废液操作，卸料。

10.根据权利要求9所述的微米级高硬度粉体清洗分离方法，其特征在于：

所述步骤a中，纯水电导率0～10μs/cm，微米级高硬度粉体与纯水重量比为1：3或1：2；

所述步骤b中，废液排放量≤纯水补给量；

所述步骤c中，浓缩至微米级高硬度粉体与纯水重量比为1：1。

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