过滤是一种很通用的物理处理方法,用以除去液体中的不溶性物质。由于液体中的固体物质经常是一些粒子微细、不定形、粘软、容易堵塞滤布孔眼的物质,如单独进行过滤,常会出现过滤困难、滤液不清,不能形成滤渣层(只在滤布表面上形成一些浆状物)等问题,实际上不能应用。在溶液中加入助滤剂,或者在滤布的表面上预先涂上一层助滤剂,能够显著改善这种状况,过滤速度较快,滤液清亮,滤渣比较紧密和能够从滤布上脱落。各种工业上最常用的助滤剂就是硅藻土。
在某些使用硅藻土过滤的场合,也同时加入活性炭,以同时吸附除去溶液中的有色物质和其他对产品质量有不良影响的物质。国内的高级饮料厂,所用的蔗糖是先溶解成50%~55%浓度,加入活性炭和加硅藻土(用量对糖比各为0.2%~0.3%),搅拌10~15分钟后进行精细的过滤,以达到完全清亮的要求,然后再将清糖液用于配制汽水和其他饮料。
硅藻土是天然形成的矿物质。它主要是由古代的硅藻及其他单细胞微小生物的遗骸的沉积物的硅质部分组成,经过加工成为产品。主要成分为SiO2.nH2O,颜色呈白色、灰白、黄色、灰色等。它的内部有很多孔隙,质轻而软,硬度1~1.5,密度一般为1.9~2.3g/cm3,干燥后为0.4~0.7g/cm3,孔隙度可达90%左右,易研成粉末。硅藻土具有很强的吸附能力,有良好的过滤性和化学稳定性。
我国山东、吉林、浙江、云南、四川、江西等省有丰富的硅藻土矿,并有多个工厂生产(其中部分是按国外品牌和技术生产)。由于原料和加工方法的不同,硅藻土有多种不同的产品和商品牌号;同一生产厂也常有几种不同性能的产品。
硅藻土的基本产品是将硅藻土矿经过选矿后,磨碎和干燥(通常两次),经过预分选和旋流分离器分离,得到微细的粉状产品。不同级别产品的质量指标如下:
这些产品的水分低于10%,pH值5~8,比表面积15~17m2/g。
硅藻土的精制品还要经过焙烧或加助熔剂焙烧处理。焙烧品是将原料精选后,经700~900℃的高温焙烧;助熔焙烧品是将精选的原料加入适量的助熔剂,经900~1200℃的高温焙烧,两者随后都经过粉碎和筛分。焙烧品呈桔黄色、粉红色至红褐色,助熔焙烧品呈粉白色。精制品中SiO2高于87%,Al2O3低于3.5%,Fe2O3低于1.5%,CaO低于0.35%,MgO低于0.35%,有机物低于2%,水可溶物低于0.3%,盐酸可溶物低于1.8%,铅、砷低于4mg/kg。助熔焙烧品的pH值较高,约为10。
硅藻土内部有很多微孔,显微镜可见。原土的孔体积为0.4~0.9mL/g,精制品的孔体积为1.0~1.4mL/g,比表面积达20~70m2/g。因此,它有良好的吸附性能,特别是善于吸附截留溶液中的悬浮微粒。将溶液加硅藻土过滤能得到清亮的滤液。
硅藻土的真密度为2~2.5g/mL,堆密度为0.3~0.5g/mL。它的微孔尺寸因产品和制造方法而异。煅烧品的孔径较小,如3~8μm,助熔煅烧品的孔径较大,如11~16μm。
不同的硅藻土因为其孔径不同,对液体的渗透率有较大差别。渗透率是硅藻土性能的重要参数,单位为达西(Darcy)。煅烧品为0.03~0.35,助熔煅烧品为0.9~5.5。前一类硅藻土主要用于处理低粘度的液体,后一类则用于高粘度的物料。
硅藻土在国外的糖厂用得相当普遍,特别是糖浆等高粘度物料的过滤。将它加入于糖液中,或使过滤机在过滤糖液前先通过硅藻土与水的混合物,在滤布上形成硅藻土的“预涂层”,再过滤糖液,将溶液中的悬浮物阻留在硅藻土层之上。这些糖液的过滤如果不加硅藻土,常难以在过滤机中形成滤泥层。