陶瓷膜与有机膜的对比报告
行业动态
如何提高精盐水质量是氯碱生产企业一直在研究和探讨的问题，本文就凯膜技术、陶瓷膜技术、戈尔膜技术以及它们的精制流程和工艺对比进行详尽分析，故而得出结论，以期为相关从业者提供借鉴和经验。
1 盐水精制的技术种类
1.1 凯膜技术
凯膜技术是从人造血管发展起来的，是膨化聚四氟乙烯管式多孔膜，孔径小，只有0.5～1.0μm，过滤方式为微孔膜筒式过滤器，膜上有分布均匀，开孔率极高的微孔，滤膜具有优良的耐腐蚀性和耐热性，具有较高的强度和伸缩性，本身摩擦系数低，对滤饼有不粘性，表面易清理，清膜省时，过滤过程基本可连续运行，但该方法对粗盐水中Mg2+含量要求高，如果原盐中Mg2+含量高时，浮上桶（预处理器）能力不足，会造成凯膜运行不正常。
1.2 陶瓷膜技术
陶瓷膜是一种固态膜，由无机材料加工而成，强度高，陶瓷膜支撑体是采用高纯度进口α-Al2O3在1600℃以上的高温下烧结而成，其使用温度一般可达400℃，高达800℃，其pH值适应范围为0～14，不受酸、碱、氧化剂影响。在氯碱行业，一般采用50nm孔径的陶瓷超滤膜，饱和氯化钠盐水通量大于800L/(㎡·h)。膜管上有一个或多个通道，每根膜管的通量很大。采用错流过滤方式操作，又称为切线流操作，与传统的过滤方式（包括凯膜）比较，是一个重大的改变，克服了滤饼层过滤的缺陷。这种方法对悬浮粒子的大小、密度、浓度的变化不敏感，即对盐质中Ca2+、Mg2+含量要求较宽，系统运行时间长，无需频繁进行反冲洗及排出渣料。
1.3 戈尔膜技术
戈尔膜的膜薄、孔多，其厚度一般在0.22～0.26μm，孔数能达14亿个/cm2，号称90亿目。因此过滤阻力很低。
戈尔膜的孔径小，一般在0.5～1μm，这样的孔径可以将盐水中绝大多数悬浮物阻于膜之外，使过滤形式为表面过滤。返冲压力大大降低，提高了设备运行的可靠性。
戈尔膜的材质为膨胀聚四氟乙烯，具有耐酸碱、耐高温、对滤饼有不粘性、本身摩擦系数低、易返冲等特点。
戈尔膜过滤器与PE管式过滤器相似，是一种静态管式过滤器，属死端式操作。返冲靠管间液体突然下降形成的负压使滤饼抖落，并靠滤管内精制盐水反渗透洗涤滤饼沉降到罐底，定期排出。
配以挠性气动阀，过滤、返冲、澄清、排渣全部自动控制，挠性阀是戈尔公司专利，可靠性极高。
凯膜技术和戈尔膜技术流程非常相似，均是分段处理盐水中的钙、镁离子，工艺线路较长，而陶瓷膜技术是将钙、镁、核酸根离子一次性除去，流程较短，而流程的长短直接确定了一次盐水精制单元的占地面积大小。
2 工艺对比
类别 | 凯膜技术 | 戈尔膜技术 | 陶瓷膜 |
工艺流程 | 长，工艺流程长：化盐+加压溶气+预处理+反应桶+膜过滤器；有预处理工序：需要建设复杂的浮上桶，硫酸钡澄清桶等非标设备，需要配套增加溶气设备，及投加三价铁絮凝剂的设备 | 长，工艺流程长：化盐+加压溶气+预处理+反应桶+膜过滤器；有预处理工序：需要建设复杂的浮上桶，硫酸钡澄清桶等非标设备，需要配套增加溶气设备，及投加三价铁絮凝剂的设备 | 短，化盐+反应桶+膜过滤器；无需预处理工序 |
对氯化钾中镁含量要求较严格 | 对氯化钾中镁含量要求较严格 | 对氯化钾原料质量要求不很高，范围较广 | |
工艺已成熟，工业化生产有超过百家开车业绩，但钾碱业绩较少。在钾碱行业，因为投加氯化钡产生硫酸钡，普遍存在有机膜逐渐被污染，通量逐渐下降的情况 | 工艺已成熟，工业化生产有超过百家开车业绩，但钾碱业绩较少。在钾碱行业，因为投加氯化钡产生硫酸钡，普遍存在有机膜逐渐被污染，通量逐渐下降的情况 | 总体工艺路线合理，工业化生产有60家开车业绩，第三代技术的工艺细节方面已成熟，因有专用清洗剂，不必担心硫酸钡污染，能够长期保持初始通量 | |
膜元件 | e-PTFE全四氟聚四氟乙烯，耐酸、耐碱、耐氧化剂、耐高温、不粘、耐摩擦，膜支撑为EPDM | e-PTFE全四氟聚四氟乙烯，耐酸、耐碱、耐氧化剂、耐高温、不粘、耐摩擦，头盖材料为CPVC | 无机陶瓷超滤膜管，外径Φ31mm，长度1100mm，通道19孔，由支撑体、过滤层、膜层组成。支撑体：进口高纯度a-三氧化二铝经高温烧结；过滤层：ZrO2材料涂于过滤层表面通过高温烧结而成；膜元件的密封采用与电槽垫片相同材质：EPDM耐腐蚀耐高温专用密封垫 |
孔径范围 | 0.22～0.51μm | 0.5～1μm | 0.03～0.05μm |
膜层厚度 | 未提供数据 | 0.22～0.25μm | ≤30μm |
过滤方式 | 静态管式过滤 | 静态管式过滤 | 错流过滤 |
过滤精度 | 高 | 高 | 高 |
对盐质适应性 | 较差 | 较差 | 较好 |
检漏时间 | 较短 | 较短 | 较长 |
过滤通量恢复 | 大部分恢复 | 大部分恢复 | 100%恢复 |
钙、镁、根去除 | 分三段去除 | 分三段去除 | 一性去除 |
过滤器出液质量 | SS≤0.5ppm（保证值，实际检测在0.2～0.4），钙镁总量分析在300～500ppb（ICP） | SS≤0.5ppm（保证值，实际检测在0.2～0.4），钙镁总量分析在300～500ppb（ICP） | SS≤0.5ppm（保证值，实际检测在0.1以下），钙镁总量分析小于200ppb（ICP） |
膜通量 | 0.35m³/㎡·h | 0.35m³/㎡·h | 0.5m³/㎡·h（钾碱设计通量） |
膜设备 | 全部为钢衬低钙镁胶 | 全部为钢衬低钙镁胶 | 膜组件及精盐水管路为钛材质，粗盐水接液材质为钢衬低钙镁胶 |
运行压力 | 正常：小于0.15MPa 极大：0.15MPa | 正常：小于0.15MPa 极大：0.15MPa | 正常：0.25～0.35MPa 极大：0.45MPa |
精制剂 | 三氯化铁、次氯酸钾、碳酸钾、氯氧化钾、氯化钡、压缩空气 | 三氯化铁、次氯酸钾、碳酸钾、氯氧化钾、氯化钡、压缩空气 | 碳酸钾、氢氧化钾、氯水、氯化钡 |
使用寿命 | 3年（期待4年） | 3年（期待4年） | 5年（期待8年） |
性能保证 | 过滤器本体、管板及其配套管件的防腐内衬寿命为36个月 膜组件的寿命保质期为36个月 膜过滤器本体免费保质期为12个月或到货后18个月 | 过滤器本体、管板及其配套管件的防腐内衬寿命为36个月 膜组件的寿命保质期为36个月 膜过滤器本体免费保质期为12个月或到货后18个月 | 膜过滤器及其配套管件的防腐内衬寿命保证期为36个月 膜组件的寿命保证期为10年 膜管的寿命保证期为5年 膜管的免费保质期为性能考核验收后24个月 |
建设投资 | 投资及占地面积较大，其中预处理器和澄清桶工序要比陶瓷膜工艺多出720万元投资，建设周期要长四个月以上 | 投资及占地面积较大，其中预处理器和澄清桶工序要比陶瓷膜工艺多出720万元投资，建设周期要长四个月以上 | 较为节省：建设场地节约35%，综合投资节省约800万元左右 |
3 结论
（1）陶瓷膜比有机膜更耐氢氧化镁的污染。有机膜必须设置预处理器，用于去除全部氢氧化镁，再用有机膜过滤器截留碳酸钙。陶瓷膜可以过滤100%氢氧化镁溶液，但过滤通量较低。所以针对镁离子含量高的盐湖氯化钾，陶瓷膜工艺增加了33%的膜面积，确保能够处理钙镁比低的盐湖氯化钾原料，这是有机膜预处理工艺无法做到的。
（2）陶瓷膜技术是目前唯一能够彻底过滤硫酸钡颗粒的工艺。在金属镁装置卤水精制单元的实验中，陶瓷膜不仅能够完全过滤硫酸钡悬浮物，还能够通过特殊且成本低廉的清洗技术完全恢复通量。
（3）客户对陶瓷膜工艺不易拆检、膜管易断、容易污染的疑虑，都是针对其第一、二代技术的。在一、二代工艺中，采用钢衬PO组件，衬层起鼓会挤断陶瓷膜。目前的三代工艺采用钛组件，杜绝了膜管断裂问题。备用组件让拆解检测更方便，且不影响正常生产。
（4）根据钾碱的工程业绩分析，自2010年，新上或改造项目再不采用有机膜工艺，全部采用陶瓷膜工艺，也说明了陶瓷膜工艺在氯化钾精制领域的优势。
