連續(xù)酸解在硫酸法鈦白生產(chǎn)中的應(yīng)用

黃麗麗

（廣西藍星大華化工有限責(zé)任公司，廣西 百色 533000）

目前，鈦白粉日益成為一種無可替代的無機化工顏料。伴隨著鈦白粉在生活中的廣泛應(yīng)用，其生產(chǎn)總量逐漸成為衡量社會經(jīng)濟水平的一項重要的參考標(biāo)準(zhǔn)。

鈦白粉生產(chǎn)工藝分為硫酸法和氯化法兩種。由于硫酸法工藝成熟，設(shè)備相對簡單，以及對原材料的要求不高等特點，國內(nèi)不少廠家都是使用硫酸法生產(chǎn)。但硫酸法鈦白粉產(chǎn)生的廢水、廢酸及廢氣是現(xiàn)階段鈦白粉生產(chǎn)廠家最為頭痛的問題。廢水、廢酸多數(shù)廠家采用酸堿中和生產(chǎn)硫酸鈣 (石膏)，轉(zhuǎn)給周邊的下游廠家或直接填埋，但廢氣是一個致命的問題。很多廠家通過加堿增大噴淋吸收降低廢氣中硫化物的排放，但給工廠又增加堿、水及電的能耗，同時給廢水處理增加負(fù)擔(dān)。據(jù)報道，我國很多地方的環(huán)保局，對企業(yè)廢氣排放已經(jīng)采取在線監(jiān)測系統(tǒng)。因此，解決酸解反應(yīng)產(chǎn)生的廢氣，是現(xiàn)階段許多鈦白粉生產(chǎn)廠家的生存之路。

硫酸法鈦白粉生產(chǎn)，間歇酸解與連續(xù)酸解的反應(yīng)原理相同。都是通過鈦鐵礦與硫酸混合，利用硫酸的稀釋熱升溫后觸發(fā)主反應(yīng)，鈦鐵礦與硫酸反應(yīng)生成鈦與鐵的可溶性硫酸鹽，加水浸取溶解后，生成鈦與鐵的硫酸鹽的水溶液 (硫酸鈦、硫酸氧鈦、硫酸亞鐵及硫酸鐵)。酸解過程排出的廢氣中含有水蒸氣、二氧化硫、硫化氫及粉塵等。

主要化學(xué)方程式：

其它反應(yīng)方程式為：

1 間歇酸解與連續(xù)酸解工藝對比

1） 間歇酸解。

按照計量好的硫酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)：93%或98%）與礦粉 (細(xì)度合格)先后放入預(yù)混合槽內(nèi)混合，并攪拌均勻后，送到開啟空壓攪拌好的酸解鍋內(nèi)，再加入一定量的啟動廢酸 (廢酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)約20%或工藝水） 約5～10min后酸解主反應(yīng)。主反應(yīng)結(jié)束后形成的固相物在酸解鍋內(nèi)熟化1.5～2h后，加工藝水浸取，再用鐵粉還原礦中的高價鐵，待物料中出現(xiàn)少量的三價鈦證明還原操作結(jié)束，同時整個酸解的反應(yīng)過程結(jié)束，等待放料。

間歇酸解簡單的工藝流程見圖1。

圖1 間歇酸解簡單的工藝流程圖

2） 連續(xù)酸解。

將硫酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%）、礦粉（細(xì)度相對間歇酸解細(xì)2%～3%） 及啟動廢酸（或工藝水）流量在DCS或PCL設(shè)定好。先將部分的硫酸放入預(yù)混槽，再放礦并攪拌均勻。當(dāng)物料比重達到工藝要求后，溢流至主反應(yīng)器，啟動廢酸加入主反應(yīng)器。物料在主反應(yīng)器內(nèi)，通過充分?jǐn)嚢枭郎氐揭欢ǖ臏囟龋l(fā)生主反應(yīng)。物料通過螺旋輸送到溶解性，在溶解槽充分溶解后，流入還原槽，再將設(shè)定好的鐵粉均勻地加入還原槽內(nèi)，取樣分析槽內(nèi)物料三價鈦符合工藝后等待放料至沉降池。

連續(xù)酸解簡單的工藝流程見圖2。

圖2 連續(xù)酸解簡單的工藝流程圖

2 連續(xù)酸解比間歇酸解的優(yōu)越性

1）廢氣可以達標(biāo)排放

①間歇酸解。以20kt/a的生產(chǎn)線為例，酸解鍋V=142m3將20～30t鈦鐵礦與32-48t的濃硫酸混合后，加啟動廢酸 (或工藝水)后主反應(yīng)，主反應(yīng)集中在5～10min進行，物料在酸解鍋內(nèi)形成固相物，通過加水浸取、還原后，將鍋內(nèi)物料排空，再準(zhǔn)備下一次投料。間歇酸解以礦粉量計，反應(yīng)速率達到4～6t/min，導(dǎo)致反應(yīng)時煙氣量非常大。據(jù)跟蹤監(jiān)測統(tǒng)計，20～30t礦量與32～48t的濃硫酸混合發(fā)生主反應(yīng)時，主煙囪高36m，產(chǎn)生煙氣排放濃度均值為：煙氣流速 25.5m/s、標(biāo)桿煙氣流量 240000m3/h、二氧化硫2.44×103mg/m3、硫酸霧 6.3×103mg/m3、顆粒物 4.19×103mg/m3。而《大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB(16297-1996)二級標(biāo)準(zhǔn)：硫酸霧：45mg/m3、二氧化硫550mg/m3，顆粒物150mg/m3。這遠遠超過排放的標(biāo)準(zhǔn)。

②連續(xù)酸解。連續(xù)酸解采取鈦鐵礦與濃硫酸在預(yù)混槽混合均勻后，按一定速率的加入量將物料放入在主反應(yīng)器中，做到少量、均勻、穩(wěn)定流量在主反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生主反應(yīng)，完成反應(yīng)后物料從主反應(yīng)器兩端排出。以20kt/a的生產(chǎn)線為例，礦的反應(yīng)速度只有0.086t/min，因此主反應(yīng)產(chǎn)生的煙量就非常少。據(jù)跟蹤監(jiān)測統(tǒng)計，產(chǎn)生煙氣排放濃度均值為：二氧化硫125 mg/m3、硫酸霧8.5 mg/m3、顆粒物 0 mg/m3。這煙氣直接排放不存在任何問題。

2） 廢酸回用率高。

同樣以20kt/a的生產(chǎn)線為例，間歇酸解以20～30t礦，反應(yīng)酸85%-86%時，啟動廢酸約5m3，則年回用20%的廢酸約9100m3；使用連續(xù)酸解，礦4.5t/h、啟動廢酸1.5m3/h為計，則年回用啟動廢酸約為15200m3。這樣同產(chǎn)量的生產(chǎn)線，連續(xù)酸解一年相對多回用6100 m3，回用率提高67.03%。

3） 酸解率高。

據(jù)統(tǒng)計，間歇酸解含有預(yù)混合槽的酸解率約為：94%～96%，據(jù)報道連續(xù)酸解的初期酸解率只有93.5%[1]，而經(jīng)過多年的實現(xiàn)及更新，現(xiàn)山東、廣東及四川等企業(yè)交流總結(jié)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)多數(shù)企業(yè)連續(xù)酸解的酸解率遠遠超過97%。

4）自動化程度高。

連續(xù)酸解從礦粉、濃硫酸、啟動廢酸及工藝水等計量，全程都是自動化操作，員工遠離現(xiàn)場操作，從員工的安全及健康程度上都有明顯的提高。

3 總結(jié)

從酸解主反應(yīng)的原理、兩種酸解工藝的相關(guān)數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，同時在環(huán)保排放壓力的情況下，連續(xù)酸解是目前最有效地解決目前國內(nèi)硫酸法鈦白粉工藝在酸解主反應(yīng)時帶來的大氣污染問題的工藝，可消除劇烈主反應(yīng)過程帶來的安全隱患，為員工提供安全可靠的工作環(huán)境，精確、穩(wěn)定的控制反應(yīng)過程的工藝參數(shù)，能進一步提高硫酸氧鈦溶液的質(zhì)量。