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1、钛白粉生产工艺6.3.1硫酸法钛白生产的工艺流程简述硫酸法生产钛白是成熟的生产方法，使用的原料为钛铁矿或者钛渣。下面主要叙述以钛精矿为原料的生产方法。A、工艺流程硫酸法生产钛白主要由下列几个工序组成：原矿准备；用硫酸分解精矿制取硫酸钛溶液；溶液净化除铁；由硫酸钛溶液水解析出偏钛酸；偏钛酸煨烧制得二氧化钛以及后处理工序等。B、工艺流程简述(1)原矿准备按照酸解的工艺要求，用雷蒙磨磨矿，将钛精矿粉碎至一定的粒度。(2)硫酸钛溶液的制备钛液的制备实际上包括钛精矿的酸分解，固相物的浸取，还原等工艺步骤。酸分解作业是在耐酸瓷砖的酸解罐中进行的。将浓度为92-94%的浓硫酸装入酸解罐中并通入压缩空气，在搅
2、拌的情况下加入磨细的钛精矿。精矿与硫酸的混合物用蒸气加热以诱酸解主反应的进行，主反应结束后，让生成的固相物在酸解罐中熟化，使钛精矿进一步分解，分解后所得固相物基本上是由钛铁硫酸盐和一定数量的硫酸组成。固相物冷却到一定温度后，用水浸出，并用压缩空气搅拌，浸出彻底以后，浸出溶液用铁屑还原，将溶液的硫酸高铁还原成硫酸亚铁。(3)钛液的净化钛液净化包括沉降、结晶、分离、过滤等工序。沉降是借助于重力作用，向钛液中加入沉降剂(主要絮凝剂是改性聚丙烯酰胺)，除去钛液中的不溶性杂质和胶体颗粒，使钛液初步净化。冷冻结晶在冷冻锅中进行，主要利用硫酸亚铁的溶解度随着钛液温度降低而降低的性质。用冷冻盐水带走钛液热量，
3、使其降至适当的温度，从而使大量的硫酸亚铁结晶析出。分离、过滤是由锥蓝离心机分离，抽滤及板框压滤三个工序构成。冷冻后的钛液经锥蓝离心机分离及抽滤池抽滤，得到初步净化的稀钛液，最后将稀钛液通过板框压滤，得到符合生产需要的清钛液。(4)钛液浓缩钛液浓缩采用连续式薄膜蒸发器，在减压真空的条件下蒸发掉钛液中的水分，以符合水解工序的需要。(5)水解水合二氧化钛是由钛的硫酸盐溶液热水解而生成的。为了促进热水解反应，并使得到的水合二氧化钛符合要求，普通采用引入晶种或者自生晶种的方法。(6)水洗及漂洗由于水解反应是在较高的酸度下进行的，因此大部份杂质磷酸盐仍以溶解状态留在母液中。水洗的任务是将水合二氧化钛与母液
4、分离，再用水洗涤以除尽偏钛酸中所含可溶性杂质。经过水洗而仍残留在水合二氧化钛中的最后一部份杂质(高铁为主)，则以漂洗来除去，即在酸性条件下以还原剂将不溶的高铁还原为可溶性的亚铁，再进行二次水洗。(7)盐处理盐处理是在盐处理锅中进行。在充分搅拌的情况下，向偏钛酸浆液中加入碳酸钾和磷酸等盐处理剂，可防止煨烧物料烧结，隐蔽杂质元素的显色，使煨烧产品颗粒松软，色泽洁白等。(8)煨烧回转窑是目前最广泛采用的搬烧设备。盐处理后的偏钛酸在回转窑中经高温脱水、脱硫及晶型转化等过程，得到具有颜料性能的钛白粉。(9)后处理二氧化钛后处理是按照不同用途对煨烧所得二氧化钛进行各种处理以弥补它的光活性缺陷，并改变它的表
5、面性质。后处理包括分级，无机和有机表面包膜处理，过滤，干燥、超微粉碎和计量包装等，从而获得表面性质好，分散性高的二氧化钛成品。总之，硫酸法的优点是可直接用钛铁矿作原料，设备简单，工艺技术容易掌握，缺点是三废量大，不利于环境保护，并且处理三废费用不少，从而使生产成本增加。为克服上述缺点，采用含Tie)270-80%的钛渣为原料，非但可降低硫酸消耗的三分之一，而且废副产品物排出量可减少30%。6.3.2原矿的粉碎A、目的钛精矿普通粒度比较粗，比表面积较小，酸解时与硫酸接触面积小，不易被硫酸有效地分解。因此，在使用前必须将其磨细，以增加反应接触面，使酸解反应能够正常进行。参加酸解反应的矿粉不仅必须达
6、到一定的细度，而且粒度分布要求窄而均匀，这样才干得到较高的酸解率，得到符合工艺要求的硫酸钛液。普通矿粉细度要求为：325目筛余WI.5%。B、粉碎的工艺流程钛精矿由斗提式提升机送入贮料斗，再由给料装置将原矿定量、均匀、连续地送入雷蒙磨进行粉碎。已被粉碎的物料由鼓风机鼓入的空气流以分析器带出，粗颗粒被挡后落入粉碎区域重新返回雷蒙磨构成闭路循环。分离出的物料自旋风分离器下部卸出，进入矿粉中间贮槽，再由脉冲气力输送泵，送至矿粉贮槽，供酸解使用。部份循环风经布袋收尘器除尘后排空，收尘下来的飞粉进入矿粉中间贮槽。C、粉碎设备-雷蒙磨这是国内常用的设备，是一种摆轮式研磨机，靠摆轮的重力胶离心力，对钢圈所产
7、生的挤压和研磨作用达到粉碎物料的目的。攀钢集团公司使用的是4R3216型雷蒙磨(4R：四辐；32：磨辐直径32cm；16：磨辐高度16cm)。雷蒙机的工作原理是：雷蒙主机内装有磨环和磨辐，磨环固定在机座上，磨馄则自由悬挂在竖轴顶端的十字形悬辑架上，磨辑既能绕中间竖轴旋转又能自转。雷蒙机运转时，磨辑在离心力作用下紧贴在磨环表面对加入物料产生挤压和研磨作用而使其粉碎。未被粉碎的物料坠于机底，并被铲刀铲起重新将其抛掷于滚动很快的磨辑前的磨环面上，已被粉碎的物料由空气流携出。空气流由机底上吹，使粉碎后物料通过分析器分级，细度合格的进入旋风分离器中，细度不合格的再返回雷蒙磨重新研磨。转速越大，粒度越细；
8、反之则粒度越粗。粉碎细度可由调节吹入的空气量的大小及分析器的转速等控制。6.3.3酸解A、酸解的基本原理(1)酸解的化学反应钛铁矿与硫酸的反应非常缓慢，在常温下几乎不发生变化。为了促进这个反应，往往需要加热,引导反应的开始。如以偏钛酸亚铁FeTiO代表钛铁矿的主要成份，则酸解反应普通认为按下列二方3程进行：FeTiO+3HSOTi(SO)+FeSO+3H0324I242FeTiO+2HSOTiOSO+FeSO+2H0324442我们也可以把TiO视作是钛铁矿的一个单独成份，则上面反应可写作：2TiO+2HSOTi(S0)+2H0224422TiO+HSOTiOSO+H022112钛铁矿中的铁则
9、按下列方程式进行反应：FeO+HSOFeSO+H02442Fe0+3HSO-Fe(SO)+3H02322432从这些反应式看，反应结果得到的是(正)硫酸钛Ti(So)硫酸氧钛TiOSO,硫酸亚铁FeSOI244和硫酸高铁Fe(S0)这四种物质。硫酸氧钛的生成，也可以视为是硫酸钛初步水解的产物。243Ti(SO)+H0-TiOSO+HSO422424酸解后生成的硫酸钛Ti(S0)和硫酸氧钛TiOSO之间的比例由酸解条件而定。从方程式中可以424看出，生成硫酸钛每一份需要二份硫酸，而生成硫酸氯钛每一份只需要一份硫酸。(2)有效酸和酸比值有效酸：在钛溶液中，硫酸以三种不同的形式与钛结合的硫酸与其他金
10、属(主要是铁)结合的硫酸游离酸未被结合的过剩的硫酸。我们无法单独测定与钛结合的酸或者游离酸，只能测定二者的总和，我们把它称为有效硫酸。有效酸=与钛结合的酸+游离酸有效酸普通用酸碱滴定的方法来测定，目前仍作为评价酸解效果与质量的一个控制指标，与生产与科研单位广泛应用。酸比值：在控制有效酸这指标时，有这样一个问题；就是同样的钛液，如果浓度稍有变化，(例如经过适当浓度或者稀释)。钛液的性质没有变化，而有效酸的数值却发生变化。为了解决这个问题,我们采用酸比值这个指标。酸比值又称酸度系数，通便用符号F表示。所谓酸比值是指钛液中有效酸与总钛含量之比值。F有效浓度总TiC)齐度因为这是一个比值，因此钛液经过
11、浓缩或者稀释后，F值是保持不变的，F值的高低，能显示出钛液中钛的组成。钛液F值的高低，还能影响以后的水解产物的结构状态，因此生产不同品种的钛白，对钛液的F值往往要严格控制。B、固相法酸解汰操作步骤(1)蝴酸解操作时，在强烈压缩空气搅拌下，先投入硫酸，然后再投入矿粉后，使矿粉与硫酸充分混合，最后加入稀释水。(2)加温用直接蒸汽加温。当槽内反应物温度升至80-IO(TC时应即将住手蒸汽，剧烈反应也就开始。(3)主反应由于反应是放热反应，反应物温度急剧自动上升，在数分钟内达到最高温度约200Co在这阶段内，反应非常猛烈，槽身有可察觉的震动，同时排出大量的酸雾，反应物也经过稠粘阶段而逐渐凝成多孔的海绵
12、固体。(4)成熟主要反应结束，反应物的温度逐渐下降。在这冷却的同时，尚继续发生酸解反应，使反应更加彻底。(5)浸取成熟后的固相物溶于水，以得到硫酸钛的溶液。b.酸解反应控制条件(1)酸矿比酸矿比是投料时硫酸与矿粉分量的比值。(硫酸浓度以100%计算)在选择酸矿比时，主要应使矿粉得到最大程度的分解而又耗用至少量的酸。普通地说，酸矿比越高，过量的硫酸便越多，反应便越彻底，酸解率也越高，根据固相法的特点，普通控制酸矿比为1.541.65。普通认为酸矿比是决定酸解反应的一个工艺指标。酸矿比对钛液的F值影响尤其显著。但是为了节约硫酸，F值可以在浸取时加入废酸进行调节。酸矿比如果过高，对提高酸解率的作用便
13、不明显。相反却要多消耗硫酸。与液相法相比，固相法所用的硫酸浓，反应温度高，因此耗用酸便可以少。(2)硫酸反应浓度硫酸反应浓度是指钛铁矿酸解反应时必须控制的硫酸浓度。原则上讲，硫酸反应浓度越高，则反应彻底。但实践表明，当硫酸反应浓度过高时，容易发生反应后固相物的早期水解。其原因可以认为是由于硫酸浓度越高，则反应温度也越高，使反应初期的生成物在反应结束时已发生水解。实际控制的硫酸反应浓度，应依据设备的容量，投料量等不同条件而变化，普通控制在84-88%(3)加温温度矿粉与硫酸反应，需要在一定温度时才干开始。但反应本身能放出大量的热，因此大部份热量是依靠自发的。TiO+HSOTiOSO+H0+5.8
14、4千卡22442FeO+HSOFeSO+H0+29千卡2442Fe0+3HSOFe(SO)+3H0+33.8千卡23242132普通来说温度越高反应越剧烈，也越彻底。酸解反应是个放热反应，当反应开始时便放出大量的热，使反应物的温度迅速上升。因此短期内即变成剧烈反应，反应物的温度可达到2(XrC以上。普通情况下，开始时物料需要适当加温以引起反应，但当反应开始后应即将住手加温，以免反应过分猛烈而发生冒锅或者早期水解。加温温度普通控制为80-100C,也要根据设备大小而定。普通中小设备控制为60-80C,普通大设备控制为IooT20。加温温度过低，例如小于60C,则引起主反应的时间长，反应不剧烈，容
15、易生成难溶性的固相物，酸解率低。加温温度过高，例如大于130,则主反应来得太早，反应温度猛烈上升，不仅容易导致冒锅事故的发生，而且还会使酸解率降低，生成固相物难浸取。如果使用高浓度硫酸，例如大于96%,当加入稀释水后的发热量已足够引起反应时，便可不必再另行加温。这种情况称为自然反应。在炎热季节，室温较高，即使采用93%的硫酸，也可考虑不再加温，由物料自然反应。(4)成熟时间成熟的目的是在主反应结束后，让固相物逐渐冷却。另让一部份未酸解的矿粉继续与存在的游离酸作用，以利提高酸解率。成熟过程是提高酸解率的重要措施。成熟时间长，固相物温度低，浸取速度便慢，但酸解率高。成熟时间短，固相物温度较高。浸取速度较快；但酸解率低。普通控制在1-3小时。要视设备大小和室温高低而定。c.固相物的浸取成熟后的固相物，加入水或者稀钛液，在压缩空气搅拌下，使多孔状固相物溶解，得到硫酸钛溶液。在加入水起初时温度有上升现象，但随即冷却下降。溶液的最终浓度普通应含TiO110-130克/2升。此时溶液比重约为1.52-1.53o为了调节浸出液的F值，并节约浓硫酸，浸取时往往需添加废硫
