一种新型微滤设备在硬质合金磨削液集中净化处理中的应用

1、一种新型微滤设备在硬质合金磨削液集中净化处理中的应用胡慧萍1，彭奇凡2（1中南大学化学化工学院，长沙410083；2长沙华迪水处理技术有限公司，长沙410083）E-mail: huhuiping69摘要：本文介绍了一种新型微滤设备（简称为PE烧结膜微滤设备），该设备选用性价比较高的聚乙烯（PE）烧结膜微滤芯为主要过滤元件，采用低能耗的“终端过滤+反吹/反洗”防污堵措施，首次对硬质合金水基磨削液进行了集中净化处理。并从经济性角度与高能耗、昂贵的无机陶瓷膜微滤设备进行了比较。工业应用结果表明，达到40m3/h过滤流量和1m过滤精度，无机陶瓷膜尽管采取“错流过滤+脉冲反吹/反洗”的防污堵措施，仍难

2、于有效地防污堵，设备化学清洗周期短（只有2周），且每次清洗产生近10吨清洗废水；而PE烧结膜微滤设备只须采用简单的“终端过滤+反吹/反洗”防污堵措施，设备连续运行3个月，仍未见流量衰减迹象。无论从膜初投资还是年电耗考虑， PE烧结膜微滤设备的经济性远胜于无机陶瓷膜微滤设备。因此，PE烧结膜微滤设备是一种节能减排的设备，完全能满足硬质合金磨削液集中净化处理要求。关键词：微滤；磨削液；集中净化；处理效果；PE烧结膜1、引言硬质合金磨削加工的特点是：（1）磨屑颗粒小（通常为微米级），颗粒密度大；（2）硬质合金价格昂贵，磨屑必须回收；（3）硬质合金硬度高，脆性大，剧烈的摩擦使刀片或工件表面产生局部高温

3、，形成附加热应力，极易引起热变形和热裂纹，直接影响刀具使用寿命和工件加工质量1。因此，针对硬质合金磨削加工，通常采用全合成水基磨削液，通过磨削液的冷却、润滑、洗涤和防锈作用2，达到提高磨削效率、延长刀具使用寿命的目的。然而，硬质合金磨削加工存在的主要问题是：（1）磨削液内杂质含量多，影响工件磨削加工质量；（2）磨削液使用寿命非常短，基本上是每月需要对全部磨削液进行更换，增加加工成本；（3）频繁的磨削液更换，工厂废水排放量增大，给环境带来破坏；（4）磨屑粒度过小，造成磨屑回收困难；（5）磨削液净化处理如采用单机方式处理，则磨屑回收的劳动强度过大。为此，有必要对磨削液进行集中净化处理，从而提高磨削

4、液品质，延长磨削液使用寿命，减少污水排放，实现磨削加工的清洁生产，并有利于昂贵的磨屑回收。硬质合金磨削加工产生的磨屑，其粒径处于微米级。因此，采用微孔过滤设备可对硬质合金磨削液进行集中净化处理。其中，微孔膜过滤设备具有磨屑回收容易、操作简便等特点。本文介绍了一种新型微滤设备（以下简称为PE烧结膜微滤设备），该设备选用性价比较高的聚乙烯（PE）烧结膜微滤芯为主要过滤元件，采用低能耗的“终端过滤+反吹/反洗”防污堵措施，首次对硬质合金水基磨削液进行了集中净化处理。并从经济性角度与高能耗、昂贵的无机陶瓷膜微滤设备进行了比较。2、PE烧结膜微滤设备介绍2.1 PE烧结膜微滤芯的特点PE烧结膜微滤芯的主

5、要特点是3：（1）超大流量：高孔隙率(60%)，保证了单位面积流体流量更大。（2）外表面光滑：光滑的外表面，杂质不易粘着，反冲洗容易彻底。（3）抗污能力强：外小内大的孔径结构使杂质难以进入滤芯体内。（4）耐强酸、强碱的腐蚀，耐有机溶剂的溶解。（5）良好的韧性，滤芯不易断裂。（6）反冲反吹容易重复使用，无脱粒现象。（7）耐压能力强。（8）优异的性价比：该滤芯采用超高分子量PE工程塑料，综合性能优异，价格适中。2.2 系统组成及主要工作原理PE烧结膜微滤设备由磨削液输送系统、过滤系统、反吹/反洗系统、化学清洗系统、磨屑回收干燥系统等五大子系统组成。（1）磨削液输送系统：采用变频恒压供给，根据磨床要

6、求，系统压力要求稳定在2bar。（2）过滤系统：整个系统的核心部分。过滤系统采用PE烧结膜微滤芯进行过滤，过滤精度为1m。（3）反吹/反洗系统：为了防止磨屑长期附着于滤芯上，引起通量的衰减，系统采取了压缩空气定期反洗、定期冷却水净液反洗的方法。（4）化学清洗系统：滤芯长时间过滤后，有些固体颗粒物可能半穿到滤层中间，积累到一定量后，将严重影响到系统的过滤速度和通量，此时需要进行化学清洗再生。（5）磨屑回收干燥系统：为了得到含水量低的磨屑，在系统中设置了沉淀箱和干料器，可将磨屑的含水量降到10%以下。2.3 技术参数输送流量：40m3/h输送压力：2bar过滤能力：40m3/h过滤膜面积：150

7、m2设计过滤流速：0.27 0.30m3/(m2.h)过滤精度：0.51.0m净磨削液浊度：1NTU过滤泵额定功率：11kW输送泵额定功率：11kW2.4 应用效果本PE烧结膜微滤设备对湖南某硬质合金厂的硬质合金水基磨削液进行了集中净化处理，设备自投入运行以来，已连续运行了3个多月（每日工作16小时），系统运行稳定，过滤设备未出现流量衰减的迹象，单位面积过滤流速仍保持在0.30 m3/(m2.h)，尚未进行过化学清洗。表1为过滤前后磨削液的对比数据。表1 过滤前后磨削液的对比 项目 过滤前 过滤后浊度1%平均粒径为0.43 m磨屑粒度分布 10%平均粒径为1.77 m 未检出50%平均粒径为8

8、.74 m90%平均粒径为24. 01m因此，本微滤设备能有效地对硬质合金水基磨削液进行集中净化处理。3、经济性分析比较用于硬质合金磨削液集中净化处理的某陶瓷膜微滤设备与本PE烧结膜微滤设备的基本技术参数列于表2。表2 陶瓷膜微滤设备与PE烧结膜微滤设备的基本技术参数 陶瓷膜微滤技术方案烧结膜微滤技术方案过滤流量：40m3/h过滤精度：1m陶瓷膜规格：1200mm×41mm陶瓷膜数量：320根总膜面积：96m2防污堵措施：错流过滤+脉冲反吹/反洗 过滤泵功率：75kW 化学清洗周期：约2周 从表2可以看出，达到40m3/h的过滤流量和1m的过滤精度，陶瓷膜的总膜面积只有96m2，而P

9、E烧结膜的总膜面积则高达150m2。这是由于PE烧结膜孔隙率高达60%，而无机陶瓷膜一般仅为35%4所致。另一方面，正是由于陶瓷膜的孔隙率低，总膜面积小，要达过滤流量：40m3/h 过滤精度：1m PE烧结微滤膜：1000mm×38mm PE烧结膜数量：1500根 总膜面积：150m2防污堵措施：终端过滤+反吹/反洗 过滤泵功率：11kW 化学清洗周期：大于3个月（因为设备连续运行3个月后，未见流量衰减迹象） 3到相同的过滤流量和过滤精度，必然要增大过滤压力（即：过滤泵功率高达37kW×2），导致细磨屑在膜面牢固附着，也导致陶瓷膜尽管采取“错流过滤+脉冲反吹/反洗”的防污堵

10、措施，仍难于有效地防污堵，使陶瓷膜的化学清洗周期大大缩短，并且每次清洗产生近10吨清洗废水，不利于废水减排的环保要求。因此，与陶瓷膜微滤设备相比，PE烧结膜微滤设备对硬质合金磨削液进行集中净化处理时，只须采用简单的“终端过滤+反吹/反洗”防污堵措施，仍能大大提高化学清洗周期，甚至有可能不需要化学清洗，这样大大减少甚至不排放化学清洗废水。某陶瓷膜微滤设备与本PE烧结膜微滤设备的经济性分析对比结果列于表3。表3 陶瓷膜微滤设备与PE烧结膜微滤设备的经济性分析对比 陶瓷膜微滤技术方案烧结膜微滤技术方案过滤泵功率：75kW化学清洗周期：约2周每2周排放约10吨化学清洗废水陶瓷膜初投资：48万元（按市价

11、1500元/根无机陶瓷膜计） 过滤泵功率：11kW 化学清洗周期：大于3个月 最多每3个月排放约10吨化学清洗废水。（因为设备连续运行3个月后，未见流量衰减迹象） PE烧结膜初投资：22.5万元 （按市价150元/根PE烧结膜计） 年电耗：22.2万元 年电耗：3.3万元（按运行5000小时/年，0.6元/kWh计）（按运行5000小时/年，0.6元/kWh计） 由表3可明显地看出，无论从膜初投资、年电耗还是废水排放量考虑， PE烧结膜微滤设备的经济性远胜于陶瓷膜微滤设备。 4、结论 （1）PE烧结膜微滤设备是一种节能减排的设备，完全满足磨削液集中净化处理的要求。 （2）与陶瓷膜微滤设备相比，

12、PE烧结膜微滤设备具有膜初投资少、年能耗低特点，只需采用简单的“终端过滤+反吹/反洗”防污堵措施，即能大大提高化学清洗周期，甚至有可能不需要化学清洗，这样大大减少甚至不排放化学清洗废水，可实现磨削加工的清洁生产。 参考文献： 1 吴凤和. 防止硬质合金刀具刃磨裂纹的工艺措施, 工具技术, 2002,(2): 44 2 安润喜.不同加工方法切削液的选择, 机械工程与自动化, 2006, (4): 157-158 3 宋显洪, 周志鹤. 微米级高分子精密过滤技术及应用, 湖南化工, 1999, 29(5): 12-13 4 刘晓东,李健生,张爱娟,孙秀云,王连军. 氧化铝微滤膜的制备及表征, 南京

13、理工大学学报, 2002, 26(4): 406-409A new micro-filtration device and its application on the center-purification-treatment of aworking fluid for cemented carbideHU Huiping1，PENG Qifan2（1School of Chemistry and Chemical Engineering，Central South University, Changsha 410083,China；2Changsha Wide Water Treatmen

14、t Ltd.，Changsha 410083, China）Abstract: A new micro-filtration device (abbreviated as a micro-filtration device with sintered PE membranes) was introduced. Sintered polyethylene (PE) membranes were used as main filter elements, and “end filtration +back-blowing/backwashing” method was adapted to avo

15、id the contamination and block-up of the filter. This device was first industrially applied in the center-purification-treatment of a working fluid for cemented carbide, which was compared with high energy-consuming and expensive inorganic ceramic micro-filtration device in view of costs and energy

16、consumption. Industrial application indicates that with 40m3/h of filtration flow and 1m of filtration precision, even if “cross flowing + back-blowing/backwashing” method was adapted by inorganic ceramic micro-filtration device, the contamination and block-up of the inorganic ceramic membranes took

17、 place following by a short period of chemical washing (about two weeks), and about 10 tons of waste water was produced from one cycle of chemical washing. Fortunately, “end filtration +back-blowing/backwashing” method was adapted by this micro-filtration device with sintered PE membranes, the conta

18、mination and block-up of the filter didnt appear although this device has been continuously running more than three months. Considering the initial investment of membranes and energy consumption per year of the two devices, this micro-filtration device with sintered PE membranes has much more advantages over inorganic ceramic micro-filtration device. Therefore, the micro-filtration device with sintered PE membranes is a kind of energy-saving and low waste-draining devices, which can full