鈦白廢酸循環利用工藝參數的實驗研究

鈕德明張 贇陳長遠王節義

（1.廣西經濟職業學院，廣西 南寧 530105；2.廣西德天化工公司，廣西 大新 532300）

鈦白廢酸循環利用工藝參數的實驗研究

鈕德明1張 贇1陳長遠2王節義2

（1.廣西經濟職業學院，廣西 南寧 530105；2.廣西德天化工公司，廣西 大新 532300）

確定優化的鈦白廢酸循環利用工藝參數，以提升鈦白廢酸循環利用工藝的技術經濟性。通過實驗，研究了調配酸濃度與硫酸亞鐵結晶析出情況及溫度的關系、調配酸濃度與過濾難易程度和濾渣游離酸含量的關系，并確定了采用反滲透法濃縮鈦白廢酸的最高濃度為40%，廢酸的操作溫度為40℃；一次調配酸濃度為45%～49%，二次調配酸含酸濃度為65%。

鈦白廢酸；循環利用；工藝參數；實驗研究

針對硫酸法鈦白廢酸不能有效的處理回用的問題，提出了一種能耗低、適用于中小型硫酸法鈦白粉企業的鈦白廢酸循環利用工藝。該工藝采用反滲透法將 20%鈦白廢酸濃縮，一部分作為酸解用酸的稀釋水，一部分用作硫酸錳的酸解用酸，然后剩余的濃廢酸與 98%的濃硫酸調配增濃、冷凍、除雜，作為補充水送到硫酸生產裝置的吸收系統再制酸。

通過實驗，研究調配酸濃度與硫酸亞鐵結晶析出情況及溫度的關系、調配酸濃度與過濾難易和濾渣游離酸含量的關系，確定優化的鈦白廢酸循環利用工藝參數：采用反滲透法濃縮鈦白廢酸的最高濃度，廢酸的操作的適宜溫度；以及98%硫酸與鈦白廢酸混配的適宜濃度，以提升鈦白廢酸循環利用工藝的技術經濟性。

1 鈦白廢酸循環利用工藝流程

鈦白廢酸循環利用工藝流程圖如圖1所示，采用的設備包括：廢酸過濾器1、反滲透裝置2、一次調酸罐3、一次冷卻結晶槽4、壓濾機5、二次調酸罐6、二次冷卻結晶槽7、沉降分離器8、濃酸循環槽9。

圖1　鈦白廢酸循環利用工藝流程圖

具體流程如下：含酸濃度為20%左右的鈦白廢酸通過廢酸過濾器1，除去微粒懸浮物后，壓入反滲透裝置2，其中少部分透過反滲透膜，分離出凈水作二次洗水用，大部分留存了硫酸根及其它雜質，當含酸濃度達到30%～40%，出濃水側后，送到一次調酸罐3中與60%～65%的調配酸混合，當含酸濃度達到45%～49%，送到一次冷卻結晶槽4中冷凍、攪拌，使雜質充分結晶析出，然后送入壓濾機5，濃縮渣從壓濾機5的濃縮渣出口排出，而除雜后的的廢酸一部分作為酸解用酸的稀釋水，一部分用作硫酸錳的酸解用酸，然后剩余的進入二次調酸罐6中與98%以上的濃酸混合，當含酸濃度達到60%～65%，一部分直接送到一次調酸罐3用于稀廢酸的一次提濃調配，另一部分送到二次冷卻結晶槽7中冷凍、攪拌，使雜質結晶析出，然后送入沉降分離器8，經沉降分離后，稠漿送到一次調酸罐3用于稀廢酸的一次提濃調配，調配酸清液送入濃酸循環槽9中存放，以備送去硫酸生產裝置的吸收系統，吸收SO3，再制取98%濃硫酸，或作他用。

2 實驗部分

2.1材料、試劑及儀器

2.1.1試驗用鈦白廢酸

試驗用的鈦白廢酸取自廣西德天化工公司鈦白粉分公司的水解工段，廢酸經兩天自然沉淀、過濾后供實驗用，其主要雜質組分見表1：

表1　鈦白廢酸主要雜質組分

2.1.2試驗用濃硫酸

試驗用的濃硫酸取自廣西德天化工公司生產的 98%濃硫酸，其主要檢驗項目：硫酸含量≥98%；灰分≤0.03%；鐵含量≤0.01%；砷含量≤0.005%；透明度≥50mm；色度≤2.0ml。

2.1.3試驗用試劑

試驗所用試劑均為國產分析純，用水為純凈水。

2.1.4實驗儀器設備

實驗用的玻璃器皿；攪拌器；加熱爐；電冰箱。

2.2實驗方法

將含酸濃度為20%左右的鈦白廢酸與98%的濃硫酸調配成各種濃度的調配酸，然后：靜置，觀察；加熱、觀察；冷卻、結晶、過濾、觀察及檢測；硫酸濃度采用酸堿滴定法分析。

3 結果與討論

3.1采用反滲透法濃縮鈦白廢酸的最高濃度

在溫度為22℃下，將含酸濃度為20%左右的鈦白廢酸與98%的濃硫酸調配、靜置，觀查調配酸結晶析出情況，見表2：

表2　調配酸濃度與硫酸亞鐵結晶析出情況

當含酸濃度為43.79%時，調配酸上層為淺綠色透明液體，下面出現比較松散的沉淀物，但較難沉淀；另外，稀硫酸濃度增高，其粘度隨之快速增高，不利于反滲透裝置高效而正常的運行。因此，采用反滲透法濃縮鈦白廢酸，其含酸最高濃度不宜超過40%，當將其冷凍、除雜后，含酸濃度可達45%左右。

3.2反滲透裝置的運行溫度

由表1可知：鈦白廢酸含有大量的雜質，其中硫酸亞鐵會隨廢酸濃度增高而析出，堵塞反滲透裝置，影響其正常運行，但是廢酸對硫酸亞鐵的溶解度也隨溫度增高而增大。將含酸濃度為20%左右的鈦白廢酸與98%的濃硫酸調配、靜置，然后加熱，觀查調配酸結晶析出情況，見表3：

表3　調配酸濃度與硫酸亞鐵結晶析出溫度的關系

當調配酸溫度為40℃時，硫酸亞鐵無結晶析出,這有利于采用反滲透法濃縮鈦白廢酸時，不會因硫酸亞鐵析出而堵塞反滲透膜；另外，稀硫酸溫度增高，其粘度隨之快速降低，考慮到反滲透膜對溫度的忍耐度，廢酸溫度取40℃為宜。

3.398%硫酸與鈦白廢酸混配的適宜濃度

稀硫酸濃度增高，其粘度隨之快速增高，不利于固液分離，因此本工藝采用二次調配酸的方法，將含酸濃度40%的廢酸增濃到65%，那么一次調配酸濃度的確定直接影響到提濃除雜的經濟性。將含酸濃度為20%左右的鈦白廢酸與98%的濃硫酸調配、靜置，并冷卻到3℃，然后觀查調配酸結晶析出，過濾，得到實驗數據見表4：

表4　調配酸冷卻、結晶、過濾實驗數據一覽表（3℃）

一次調配酸是將含酸濃度40%的廢酸與沉降分離后的60%～65%的稠漿調配混合，由表4可看到：含酸濃度50%的調配酸過濾較易，且濾渣游離酸含量≤0.22%，故取一次調配酸含酸濃度為45%～49%，然后冷凍、結晶、壓濾、分離，由于酸濃度不是很高，故得到的濃縮渣含游離酸少，便于濃縮渣的處理，另外也提高了廢酸的回收率；二次調配酸是將濾后的45%～49%的廢酸與98%硫酸調配混合，二次調配酸含酸濃度達到65%，由于酸濃度高，其粘度也高，固液分離較難，只能采用冷凍、結晶、沉降、分離，稠漿送去一次調配酸，不出濃縮渣，清液送去作為再制硫酸的補充水。

4 結論

通過實驗，研究了調配酸濃度與硫酸亞鐵結晶析出情況及溫度的關系、調配酸濃度與過濾難易和濾渣游離酸含量的關系，并確定了采用反滲透法濃縮鈦白廢酸的最高濃度為40%，廢酸的操作溫度為40℃；一次調配酸濃度為45%～49%，二次調配酸含酸濃度為65%。

[1] 鈕德明.一種鈦白廢酸提濃除雜再制酸的工藝:中國, CN104724683A[P].2015-06-24.

[2] 范兵,李志廣,李昭,等.硫酸法鈦白廢酸的處理[J].河南化工,2013,30(3-4):12-15.

[3] 劉軍梅.酸洗廢液中硫酸亞鐵的回收方法[J].電鍍與精飾, 2014,36(4):18-21.

[4] 呂利平,李航,張紅晶,等.廢硫酸濃縮工藝的改進設計[J].廣州化工,2015,(8):69-71.

Experimental study on the process parameters of titanium white waste acid cycle

To determine the optimal process parameters of titanium dioxide using waste acid recycling technology, to enhance the economy by using waste acid recycling process of titanium dioxide. Through the experiment of deployment of acid concentration and ferrous sulfate crystallization conditions and temperature relationship, the deployment of acid concentration and filtration difficulty degree and residue free acid content, and to determine the reverse osmosis method concentrating titanium white waste acid with the highest concentration of 40%, waste acid of operating temperature is 40 DEG C; a deployment of the concentration of acid is 45%-49% and secondary mixing acid containing acid concentration was 65%.

Waste sulfuric acid; recycling; process parameters; experimental study

X78

A

1008-1151(2015)10-0035-02

2015-09-11

廣西高校科研項目“硫酸法鈦白廢酸除雜再制酸工藝的研究”（YB2014581）。

鈕德明（1952－），男，廣西桂林人，廣西經濟職業學院教授，從事工業節能減排技術研究。