硫酸法制钛白工艺设计

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　 / 硫酸法制钛白的工艺设计

　第一章

　 概论 1.1 设计的目的

　1 ．巩固和运用所学的课程知识、 理论联系实际, 培养工艺见解; 训练、 观察、 分析和解决工程实际问题及独立工作能力。

　2．掌握钛白粉生产酸解工段的知识和技能, 学习和操作控制与生产管理的相关知识。

　3．毕业设计是高等工科学校教学计划的重要组成部分, 是培养学生开展科研, 综合运用的所学知识和技能, 提高分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力的重要教学环节。

　1.2 设计的实际意义

　通过毕业设计应使学生获得工程师所必需的初步的综合训练, 在差别的程度上提高调研, 查阅文献和收集资料的能力, 分析和制订设计或实验方案的能力, 设计, 计算, 绘图和使用工具书的能力, 技术经济的分析和组织工作的能力, 撰写论文或说明书的能力等。

　1.3 设计的课程

　本设计的课题为“ 年产 1 万吨钛白粉厂酸解水解工序的工艺设计”

　1.4 设计依据

　1．中盐珠化钛白粉厂生产经验数据;

　2．硫酸法《 钛白粉生产工艺》 ;

　3．《 无机盐工艺学》 钛白粉章节;

　1.4 设计的课程

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　 本设计的课题为“ 年产 2 万吨钛白粉硫酸法制备工序的工艺设计”

　1.5 设计方案及生产规模

　( 1) 年生产力: 折算成 100％锐钛型钛白粉吨

　( 2) 年工作时间: 300 天

　( 3) 日产量: 按 100％的钛白粉计划吨

　( 4) 生产方法

　 以钛铁矿或富钛料(包含钛渣, 酸溶性钛渣、 天然 和 人 造

　金红石)为原料, 用硫酸法生产钛白粉的稀有金属冶炼厂设计。

　( 5) 原料组成

　经研磨、 干燥的钛精矿( 含 42% - 60% 的TiO 2 )、 浓硫酸 92% ~94% 。

　1.6 设计任务

　1．对生产钛白粉的酸解工段提出流程设计

　3. 对生产钛白粉的水解工段提出流程设计

　4．对该工艺流程进行物料衡算

　5．对该工艺流程的主要设备提出设计和选型

　6．绘制带控制点的工艺流程图

　第二章

　绪论

　2.1 钛白粉的发展简史

　二氧化钛俗称钛白, 它不仅物理性质十分稳定, 并且还具有良好的光学、 电学性能和卓越的颜料特征, 是当前一种最佳的白色颜料。

　它的一些其它特征也使它在现代工业、 现代农业、 现代国和资料内容仅供参考，如有不足或者侵权，请联系本人删除。

　 现代科学技术方面得到越来越广泛的应用。

　相关钛白粉的制备和性能的研究, 始于 1824 年, 由于提取的困难和寻求适当的用途, 直到 19 在钛元素发明 1 后, 才分别由挪威的杰布森与法鲁普, 法国的罗西和美国的巴顿共同完成了用硫酸法及熔融法从钛铁矿中制备二氧化钛的生产工艺研究。

　19 在挪威的菲特烈斯得建成了世界上第一个年产 1000 吨含 25％的二氧化钛的复合颜料厂。

　19 美国的钛颜料公司在尼亚加拉瀑布成功建厂, 并于 19 开始生产二氧化钛复合颜料。

　再此期间, 由于一战和那时硫酸法工艺存在缺陷, 使得二氧化钛工业的发展速度非常缓慢。

　1921—1923 年, 法国的布卢姆菲尔德首创采纳稀释法晶种对钛的硫酸盐溶液水解制备水合二氧化钛的工艺进行了重大改革, 由法国的塞恩—兹公司于1923 年采纳并生产出含有 96％—99％2Tio 的颜料钛白。

　至于纯的2Tio 的生产, 是由美国的国家铅业公司在 1925 年完成的。

　1930 麦克伦堡采纳外加碱中和晶种, 对硫酸盐水解法制备钛白的工艺作了又一次改革, 接着硫酸法的工艺从各方面得到不少改善, 更趋完善, 促使钛白粉的成本不停降低而产品质量大幅度提高, 远远超越了其它白色颜料, 至 1951 年加拿大魅北克铁钛公司开始认高品位高钛渣为硫酸法钛白的颜料, 为钛白生产减少了废副产品, 并提供了新的原料路线。

　钛白粉的初始生产几乎都是锐钛型的, 金红石型被认为难以人工制造。

　1930- 1937 年, 在捷克用晶种法水解钛的硫酸盐溶液及四氯化钛加热的加热方法首先制出了金红石型钛白粉, 从 1941 年起美国资料内容仅供参考，如有不足或者侵权，请联系本人删除。

　 组织了金红石型二氧化钛工业规模的生产, 并向市场提供了产品。

　七十多年来, 硫酸生产钛白粉虽有成千上万的专利和改善, 但其基本工艺仍未脱离 19 的雏形, 钛白生产的工艺流程长, 操作要求精细, 生产技术繁杂, 几乎要使用所有的化学单元设备, 侧线手段要求多, 建厂投资也很高, 这是由于钛白粉的生产不仅要求化学纯度高, 并且尚须具有确定的晶型, 化学性质和其它应用性能。

　上述特点使钛白粉工业当前仍集中在少数工业技术先进的国家内生产, 其规模多在 2- 10 万吨/ 年之间。

　当前世界约有二十多个国家, 五十多家公司, 一百多家工厂生产钛白粉。

　我国钛白粉生产始于 50 年代, 70 年代初南京油脂化工厂利用化工部涂料工业的研究所的技术, 开始生产金红石型的钛白粉, 为了综合利用我国攀枝花的矾钛磁铁矿资源, 1981 年化工部涂料工业研究所与化工部第三设计院和现江苏太白集团合作, 在该厂进行的认攀矿为原料生产 500 吨涂料用金红石型硫酸法钛白粉中间试验, 获得了用攀矿生产涂料用金红石型钛白粉的技术基础。

　自 70 年代开放以来, 钛白粉行业与国外同行接触频繁, 发明我国钛白粉生产与国外差距很大。

　所以引进先进技术以加快提高我国钛白粉生产工业水平, 到 80 年代初, 全国约有 30 多家钛白粉生产单位。

　2.2 世界钛白粉产品设计意义

　二氧化钛( 或称钛白粉) 广泛用于各类结构表面涂料、 纸张涂层和填料、 塑料及弹性体, 其它用途还包含陶瓷、 玻璃、 催化剂、 涂布织物、 印刷油墨、 屋顶铺粒和焊剂。

　钛白粉既可用于钛铁矿、 资料内容仅供参考，如有不足或者侵权，请联系本人删除。

　 金红石制取, 也可用钛渣制取。

　钛白粉生产工艺有两种: 即硫酸盐工艺和氯化物工艺, 硫酸盐法的技术比氯化法更完善。

　2.3 厂址选择的原则

　由于硫酸法生产钛白粉所产生的废水、 废气、 废渣对化境污染严重, 且需水、 矿量大, 在厂址选择是应遵循以下原则:

　（1）

　厂址应选在原料, 燃料供给和产品销售便利的地区, 并在存储, 机修, 公用工程和生活设施等方面具有良好协作条件的地区。

　（2）

　厂址应靠近水量充足和水质良好矿水源区。

　（3）

　应有便利交通条件, 最好靠近铁路和河流。

　（4）

　选厂址应注意当地自然环境条件, 并对提产后对环境可能造成的影响做出评估, 生产区和生活区应同时确定。

　（5）

　厂址不占或少占耕地, 自然地形应有利于厂房和管路的部署、 交通联系和场地排水。

　2.4 钛白粉厂设计

　以钛铁矿或富钛料( 包含钛渣, 酸溶性钛渣、 天然和人造金红石) 为原料, 用硫酸法生产钛白粉的稀有金属冶炼厂设计。

　2.5 车间组成与配置

　硫酸法钛白粉厂的主要车间有酸解车间、 水解车间、 焙烧车间、 后处置车间和综合回收车间。

　硫酸贮库要单独部署, 与生产厂房保持一定的距离, 满足安全技术规程的要求。

　后处置车间部署在厂区的上风向, 防止废气污染产品。

　副产品回收和“ 三废” 处置可以集中部署。

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　 第三章

　工艺叙述

　3.1 钛白粉的生产工艺流程

　( 1) 原矿准备

　钛精矿一般粒度比较粗, 比表面积较小, 酸解时与硫酸接触面积小, 不易被硫酸有用地分解。

　所以, 在使用前必需将其磨细, 以增加反应接触面, 使酸解反应可以正常进行。

　参加酸解反应的矿粉不仅必需到达一定的细度, 并且粒度分布要求窄而均匀, 这样才能得到较高的酸解率, 得到符合工艺要求的硫酸钛液。

　根据酸解的工艺要求, 用雷蒙磨磨矿, 将钛精矿粉碎至一定的粒度。

　一般矿粉细度要求为: 325 目 筛余≤1.5% 。

　( 2) 酸解

　 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, 浸出完全以后, 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

　钛液净化包含沉降、 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, 使其降至适当的资料内容仅供参考，如有不足或者侵权，请联系本人删除。

　 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

　 钛液浓缩采纳连续式薄膜蒸发器, 在减压真空的条件下蒸发掉钛液中的水份, 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, 一般采纳引入晶种或自生晶种的方法。

　( 6) 水洗及漂洗

　由于水解反应是在较高的酸度下进行的, 所以大部分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分离, 再用水洗涤以除尽偏钛酸中所含可溶性杂质。

　通过水洗而仍残留在水合二氧化钛中的最后一部分杂质( 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) 盐处置

　盐处置是在盐处置锅中进行。

　在充足搅拌的情况下, 向偏钛酸浆液中加入碳酸钾和磷酸等盐处置剂, 可防止煅烧物料烧结, 隐蔽杂质元素的显色, 使煅烧产品颗粒松软, 色泽雪白等。

　( 8) 煅烧

　回转窑是当前最广泛采纳的煅烧设备。

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　 盐处置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。

　在煅烧阶段, 随着 S03 和酸雾的排除, 不可避免要夹带一些细微的 TiO2 粒子, 缕缕烟气明显可见。

　所以, 工厂必需设有回收 Ti02 粒子、 除尘和除酸雾的装置, 以使煅烧尾气处置后排放。

　( 9) 后处置

　二氧化钛后处置是根据差别用途对煅烧所得二氧化钛进行各种处置以填补它的光活性缺陷, 并改变它的表面性质。

　后处置包含分级, 无机和有机表面包膜处置, 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。

　 3.2 硫酸法生产锐钛型钛白粉的工艺流程简图

　图( 一) 硫酸法生产锐钛型钛白粉的工艺流程框图

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　3. 酸解的基本原理

　钛铁矿与硫酸的反应非常缓慢, 在常温下几乎不发生变化。

　为酸解浸出沉 降 分冷 冻 结过滤压滤化浓缩水解水洗漂白漂洗盐处置脱水熔烧温 度 分表 面 处过滤粉碎包装分散 钛 铁钛白粉分 散硫酸水 铁絮 凝绿矾

　废酸处置

　水

　还原剂盐 处 置资料内容仅供参考，如有不足或者侵权，请联系本人删除。

　 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 3 代表钛铁矿的主要成份, 则酸解反应中的主反应:

　FeTiO 3 + 3H 2 SO 4   Ti(SO 4 ) 2 + FeSO 4 + 3H 2 O

　FeTiO 3 + 2H 2 S0 4   TiOSO 4 + FeSO 4 + 2H 2 O

　Fe 2 O 3 + 3H 2 SO 4   Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O

　从这些反应式看, 反应结果得到的是( 正) 硫酸钛 Ti(S0 4 ) 2

　硫酸氧钛TiOSO 4 , 硫酸亚铁 FeSO 4 和硫酸高铁 Fe 2 (SO 4 ) 3 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。

　Ti(SO 4 ) 2 + H 2 O  

　TiOSO 4 + H 2 SO 4

　酸解后生成的硫酸钛 Ti(SO 4 ) 2 和硫酸氧钛 TiOSO 4 之间的比例由酸解条件而定。

　从方程式中可以看出, 生成硫酸钛每一份需要二份硫酸, 而生成硫酸氧钛每一份只需要一份硫酸。

　3.4 原料及产品的技术条件

　 原料钛铁矿成分( 攀矿)

　表 2

　 原料钛铁矿成分( 攀矿)

　2．钛白粉成品的质量指标

　表 3

　钛白粉成品的质量指标

　项目 一级 及格 白度( 与称样比)

　不低于 近似 总钛( 不少于称样)

　98%

　98%

　消色力( 不小于称样)

　100%

　90%

　吸油量 g/ 100g( 不小于称样)

　26 28 45 mm 筛条( 不大于称样)

　0.1 0.3 水溶性盐( 不大于称样)

　0.5 0.6 水悬浮液 ph 值 6.5- 8.5 6.0- 8.5 105℃﹤挥发水分( 不大于称样)

　0.5 0.5 3.5 水解工段的基本原理

　钛液的水解属盐类水解,但又与一般盐类的水解有所差别,它没有组分 2TiO

　FeO

　2 3Fe O

　MgO

　2SiO

　2 3Al O

　组成 50％ 34％ 13％ 1％ 1％ 1％ 资料内容仅供参考，如有不足或者侵权，请联系本人删除。

　 一个固定的 pH 值,只要在稀释可能加热的条件下它即能水解而析出氢氧化钛的水合物沉淀。

　在常温下用水稀释钛液时,析出胶体氢氧化钛沉淀。

　其反应方程式为:TiOSO 4 + 3H 2 O

　 Ti (OH) 4 ↓+ H 2 SO 4

　;

　假如将钛液加热使其维持沸腾也会发生水解反应,生成白色偏钛酸沉淀。

　这是硫酸法钛白生产在工业上制取偏钛酸的惟一方法。

　其反应方程式为:TiOSO 4 + 2H 2 O 沸腾

　 H 2 TiO 3 ↓+ H 2 SO 4。

　水解生成的偏钛酸具有无定型结构可能不明显的微晶体结构,其直径为 3 nm~10 nm,它们按一定的方向(20~30 个)配位成为胶粒。

　胶粒在硫酸盐离子的作用下加速凝聚,构成凝聚体(偏钛酸)而沉析出来。

　凝聚体大小约为 0·6μm~0·7μm,是由约 1 000 个60nm~75nm 的小微粒胶粒凝聚而成,每个微粒约含有 20 个 2nm 的微晶体,这是加到液中去的晶种。

　水解的过程可分为 3 个步骤: ( 1) 晶核的形成; ( 2) 晶体的成长与沉淀的形成; ( 3) 沉淀物的组成以及溶液的组成随着水解作用的进展而改变。

　水解在二氧化钛生产中极为重要,水解的条件决定着微晶体、 胶粒和粒子的大小,归根到底也是决定着最终产品的质量。

　第四章 物料衡算

　质量守恒定律即: 进入一个系统的全部物料量必等于离开这个系统的全部物料量, 再加上过程中损失量和在系统中积累量。

　依据质量守恒定律, 对研究系统作物料衡算, 可用下式表示:

　∑G 进 =∑G 出 +

　∑G 损 + ∑G 积

　式中

　∑G 进 —输入物料量总和;

　 ∑G 出 —离开物料量总和;

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　 ∑G 损 —总的损失量;

　 ∑G 积 —系统中积累量。

　4.1 计算依据

　1．钛铁矿的组成( % )

　2．投料矿酸比约为 1: 1.60( 100% 2 4H SO )

　3．铁屑( Fe ＞85% ) 加量为矿粉的 5.5%

　4．硫酸浓度: 稀释前

　 92.5%

　稀释后

　 88%

　5．废酸浓度: 100g/ t

　 9.5%

　6．固相物用废酸用量为浸取水量的 1/ 6

　7．酸解率

　 94%

　8.水解率

　 98.5%

　9．铁液的质量指标

　2TiO 浓度 130g/ t

　 3Ti 含量为 3g/ t

　 稳定性≥400

　 沉降净化收率

　 98.5%

　10．计算标准: 以每吨 100% 2TiO 计

　11．年操作日: 根据设计任务, 钛白粉的年生产能力为 40000 吨每年, 开工因子=生产装置时间/ 年自然时间, 为了充足利用设备, 开工因子应取的较大, 接近 1, 但又不能等于 1, 因为还要考虑到设备的检修以及开停车等情况, 开工因子一般取为 0.8～0.9, 整年 365 天, 则年生产 300～330 天; 所以除去季保养、 月保养、 修理、 放假等总计 65 天, 则年工作日为( 365～65) 天=300 天, 定昼夜生产为三班。

　12．化合物分子量和元素原子量如下:

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　 表 4

　分子量和元素原子量

　 2TiO

　Ti

　4TiOSO 4( ) Ti OH 2 3H TiO 2 4 3( ) Ti SO 2 4H SO NaOH 2 4Na SO 4FeSO 79.9 47.9 159.9 115.9 97.9 383.9 97.9 39.9 141.9 151.9 4.2 各工序收率分配图

　图( 二) 各工序收率分配图

　 2777.9kg

　2722.36

　 2559.02

　98%

　94%

　98.5%

　 2445.01

　2445.01

　2520.63

　 98.5%

　97.0%

　2408.33

　2324.04

　2126.5

　2084

　96.5%

　 91.5%

　 98%

　 …

　 ………

　注: 1．表示每吨成品需要处置的物料量( 公斤) ( 认为2TiO 准)

　2．表示每小时需要处置的物料量( 公斤) ( 认为2TiO 准)

　3．工序收率

　4．工序累计收率

　 粉 碎

　 酸 解

　 沉 降 结 晶 过

　浓 缩

　晶 种

　水 解

　水 洗 盐处置

　煅 烧 粉

　碎 成

　品

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　 4.3 酸解水解物料衡算

　计算基准: ( 单位除标注处, 均以 kg/ t 2TiO 计)

　日产:

　0/ 300=66.67 吨

　每小时产: 66.67×1000/ 24=2777.92 kg

　1．原料辅助材料消耗量

　a ．钛铁矿粉的用量

　2777.92×0.98÷50% =5444.72

　kg/ t 2TiO

　b ．铁屑用量

　5444.72×5.5% =299.46 kg/ t 2TiO

　c ．硫酸用量

　5444.72×1.6=8711.55 kg/ t 2TiO

　2．矿粉酸解理论计算

　a．矿粉中2TiO 与2 4H SO 反应

　2 2 4 4 2TiO H SO TiOSO H O   

　1 2 4 25444.72 50% 94% 97.9 79.9 3135.52kg/t TiO

　 x H SO      

　1 4 25444.72 50% 94% 159.9 79.9 5121.24kg/t TiO

　 xTiOSO      

　1 2 25444.72 50% 94% 18 79.9 576.50 kg/t TiO

　 x H O      

　b．矿粉中 FeO 与2 4H SO 反应

　2 4 4 2FeO H SO FeSO H O   

　2 2 4 25444.72 34% 94% 97.9 72 2366.10kg/t TiO x H SO      

　2 4 25444.72 34% 94% 15919 72 3671.20kg/t TiO x FeSO      

　2 2 25444.72 34% 94% 18 72 435.03kg/t TiO x H O      

　c．2 3Fe O 与2 4H SO 反应

　2 3 2 4 4 23 3 3 Fe Fe O H SO FeSO H O    

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　 3 2 4 25444.72 13% 94% 293.7 160 1221.32kg/t TiO x H SO      

　3 25444.72 13% 94% 56 160 232.87 kg/t TiO x Fe      

　3 2 25444.72 13% 94% 54 160 224.55kg/t TiO x H O      

　3 4 25444.72 13% 94% 455.7 160 1894.99 kg/t TiO x FeSO      

　d．为了保证钛液中3Ti 含量为 3g/ t,需要加入的铁屑与硫酸反应时

　因为酸解浸取后的钛液体积为

　5444.72×50% ×94% / 130=19.6832/ m tTiO

　所以钛液中3Ti 的重量为( 以2TiO 计)

　3×19.68=56.67 kg

　由 22TiO 与2 4 3( ) Ti SO 的关系

　2 4 3( ) Ti SO =56.67×383.9÷(2×79.9)=136.14 kg

　4 2 4 4 2 4 3 22 2 ( ) 2 TiOSO Fe H SO FeSO Ti SO H O     

　4 4 2319.8 136.14 383.9 113.41 kg/t TiO x TiOSO    

　4 4 2151.9 136.14 383.9 53.87kg/t TiO x FeSO    

　4 256 136.14 383.9 19.86kg/t TiO x Fe    

　4 2 4 297.9 2 136.14 383.9 69.44 / x H SO kg tTiO     

　4 2 236 136.14 383.9 12.77 kg/t TiO x H O    

　所以铁屑总用量为3 4 2232.87 19.86 252.73 kg/t TiO x Fe x Fe    

　e．矿粉中 MgO 与2 4H SO 反应

　2 4 4 2MgO H SO MgSO H O   

　5 2 4 25444.72 1% 94% 97.9 40 125.26 kg/t

　TiO x H SO      

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　 5 4 25444.72 1% 94% 120 40 153.54 kg/t

　TiO x MgSO      

　5 2 25444.72 1% 94% 18 40 23.03kg/t

　TiO x H O      

　f．矿粉中2 3Al O 与2 4H SO 反应

　2 3 2 4 2 4 23 ( ) 3 Al O H SO Al SO H O   

　6 2 4 25444.72 1% 94% 293.7 102 147.37 kg/t

　TiO x H SO      

　6 2 4 3 2( ) 5444.72 1% 94% 342 102 171.60 kg/t

　TiO x Al SO      

　6 2 25444.72 1% 94% 54 102 27.10 kg/t

　TiO x H O      

　g．矿粉中的2SiO 与硫酸反应

　当矿粉中的2SiO 以元素硅存在时, 可以认为是不参加反应, 但当硅酸盐存在时硅组成能参与酸解反应, 并生成带正电的硅酸, 本计算假定它不与硫酸反应。

　综合计算结果, 酸解中硫酸理论需要量与反应后的生成物组成如下:

　 2 4 23135.52 2366.10 1221.32 69.44 125.26 147.37 7065.01 kg/t

　TiO xH SO       4 25121.24 113.41 5007.83 kg/t

　TiO xTiOSO   

　 2 4 23136.14kg/t

　TiO xTi SO 

　4 23671.2 1894.99 53.87 5620.06kg/t

　TiO xFeSO    

　2 4 3 2( ) 171.60 kg/t

　TiO xAl SO 

　4 2161.22 kg/t

　TiO xMgSO 

　2 2576.50 435.03 224.55 12.77 23.03 27.10 1298.98 kg/t TiO xH O       

　3.稀释浓硫酸( 92.5% 的硫酸) 用废酸水( 9.5% 的硫酸) 的量

　生产一吨钛白粉需要 100% 的硫酸 8711.55kg, 按酸解时配制的88% 的硫酸计为: 8711.55/88% 9989.49 G kg  

　资料内容仅供参考，如有不足或者侵权，请联系本人删除。

　 其中21277.94H OG kg  , 2 48711.55H SOG kg 

　假设 92.5%

　硫酸用量为AG kg

　 9.5%

　 废酸用量为BG kg

　92.5% 9.5% 8711.55A BG G  

　9989.49A BG G  

　上两式联列方程组解得 9352.47AG kg  , 637.02BG kg 

　其中

　AG2 4H SO =8651.03kg

　AG 水=701.44kg

　BG2 4H SO =60.52kg

　 BG 水=576.5kg

　4.酸解排出废气量

　参考国内某厂生产测定数据, 酸解主反应时, 每吨每分钟排出563m 废气, 其中含2H O 5003/ g m , 3SO 7.63/ g m , 2SO 1.183/ g m

　酸解反应与上述类似, 当投矿量为 5444.72kg/ 锅, 主反应时间为 10 分钟, 则排出废气量为

　3 32" 5444.72 10 56 10 3049.04 / Q m tTiO    废

　其中:

　232" 3049.04 500 10 1524.52 /H OG kg tTiO   

　 332" 3049.04 7.6 10 23.17 /SOG kg tTiO   

　 考虑到酸解其它阶段的排气, 假定主反应排出的废气为总排出废气量的 80%

　所以每吨 100% 2TiO 排出的废气量为:

　23049.04"" 3811.30 /80%Q kg tTiO  废

　资料内容仅供参考，如有不足或者侵权，请联系本人删除。

　 其中

　 221524.52"" 1905.65 /80%H OG kg tTiO  

　3223.17"" 28.96 /80%SOG kg tTiO  

　223.60"" 4.5 /80%SOG kg tTiO  

　 将3SO 和2SO 换算成2 4H SO 或2 3H SO 的量, 则排出的废酸组成为: 221905.65 (28.96 18 80) (4.5 18 80) 1898.12 /H OG kg tTiO        

　2 4228.96 97.9 80 35.44 /H SOG kg tTiO    

　2 324.5 82 64 5.77 /H SOG kg tTiO    

　5.酸解固相物的浸取

　由酸解反应可知, 进酸解锅的物料量( 以生产一吨 100% 的2TiO计)

　25444.72 9989.49 15434.21 kg/t TiO G   进 所以排出废气量为:

　2 2 4 2 321898.12 35.44 5.77 1939.33 /H O H SO H SOQ G G G kg tTiO       废 所以固相物量为:

　215434.21 1939.33 13494.88 / G G G kg tTiO     进 固 废 由

　G G v d  固 水 其中

　 v- - -

　浸取后钛液的体积

　19.68 32/ m tTiO

　d- - -

　浸取后钛液的比重

　 1530 kg/ 3m

　所以

　219.68 1530 13494.88 16615.52 / G kg tTiO    水 其中废酸水的用量参考国内某厂经验约为浸取水量的 1/ 6, 则加入的废酸水的量为:

　216615.52/6 2769.25 / G kg tTiO  废酸水 资料内容仅供参考，如有不足或者侵权，请联系本人删除。

　 其中:

　 2 422769.25 9.5% 263.08 /H SOG kg tTiO   

　222769.25 263.08 2506.17 /H OG kg tTiO   

　所以自来水的量为:

　216615.52 (2769.25 263.08) 14109.35 / G kg tTiO    自来水 6.固相物浸取后钛液中杂质的含量

　a．已知酸解率为 94% 即另有 6% 的矿粉不酸解, 并残留在钛液中

　1 25444.72 6% 326.68 / W kg tTiO   

　b． 矿粉中2SO 假定 1% 不反应, 认为全部残留在钛液中

　2 25444.72 1% 54.45 / W kg tTiO   

　c．铁屑杂质的量

　3 2299.46 (1 85%) 44.92 / W kg tTiO    

　所以钛液浸取后杂质含量( 以干基计)

　1 2 3 2426.05 / W W W W kg tTiO    干 7.浸取后钛液的酸度系数

　F=钛液中有用酸的含量/ 钛液中2TiO 含量

　 =(8711.55 7065.01) 3135.52 69.44 263.08 35.44 5.772722.36 (326.68 2)       =1.98

　8 钛液的组成

　a．4TiOSO

　98.5% ×5007.83=4932.712/ kg tTiO

　(98.5% - - - -

　沉降收率)

　b．2 4 3( ) Ti SO

　98.5% ×136.14=134.102/ kg tTiO

　资料内容仅供参考，如有不足或者侵权，请联系本人删除。

　 c．4FeSO

　98.5% ×5620.06=5535.76 2/ kg tTiO

　 d．2 4 3( ) Al SO

　98.5% ×171.60=169.032/ kg tTiO

　e．4MgSO

　98.5% ×161.22=158.802/ kg tTiO

　f．2 4H SO

　98.5 % ×(8711.55- 7065.01+ 263.08- 35.44- 5.77) =1840.382/ kg tTiO

　g．2H O

　 298.5% 1300.96 1277.94 1898.12 16615.52 17036.86 / kg tTiO     

　 8.钛液沉降后泥渣的组成

　a．4TiOSO

　5007.83- 4932.71=75.122/ kg tTiO

　b．2 4 3( ) Ti SO

　136.14- 134.10=2.042/ kg tTiO

　c．4FeSO

　5620.06- 5535.76=84.32/ kg tTiO

　d．2 4 3( ) Al SO

　171.60- 169.03=2.572/ kg tTiO

　e．4MgSO

　161.22- 158.80=2.422/ kg tTiO

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　 f．2 4H SO

　1868.41- 1840.38=28.032/ kg tTiO

　g．2H O

　17296.3- 17036.86=259.442/ kg tTiO

　h．杂质

　426.05kg

　9.水解理论计算

　Ti(SO 4 ) 2

　+ H 2 O

　TiOSO 4 + H 2 SO 4

　TiOSO 4 + H 2 O

　H 2 TiO 3 +

　H 2 SO 4

　经上面计算可知4xTiOSO

　为 4932.71kg/ t TiO 2

　x H 2 TiO 3 =4932.71  98.5%  97.9  159.9=2974.79kg/ t TiO 2

　 x H 2 O =4932.71  98.5%  18  159.9=546.94kg/ t TiO 2

　x H 2 SO 4 =4932.71  98.5%  97.9  159.9=2974.79 kg/ t TiO 2

　为了使水解更完全一般加入物料 5% 的水

　由于水解后的偏钛酸液有杂质, 需要用稀硫酸洗涤, 一般每生产 It成品钛白粉要产生 8- l0t“ 浓废酸” 。

　4.4 物料平衡表

　( 1) 酸解物料平衡表( 以 kg/ t2TiO 计)

　表 5

　酸解物料平衡表( 以kg/ t2TiO 计)

　资料内容仅供参考，如有不足或者侵权，请联系本人删除。

　 序号 进料 序号 出料 1

　 酸解反应 ①

　酸解废气 ①

　钛铁矿粉 5444.72 2 4H SO

　35.44 ②

　2 4H SO

　8711.55

　 2 3H SO

　5.77 ③

　2H O

　1277.94

　 2H O

　1898.12

　②

　固相物 13494.88 合

　 计 15434.21 合

　计 15434.21

　序号 进料 序号 出料 ①

　固相物 13494.88 ①

　4TiOSO

　5007.83 ②

　铁屑 299.46 ②

　2 4 3( ) Ti SO

　136.14 ③

　废酸水

　 ③ 4FeSO

　5620.06 2 4H SO

　263.08 2H O

　2506.17 ④ 2 4 3( ) Al SO

　171.60 ④

　自来水 14109.35 ⑤ 4MgSO

　161.22

　⑥ 2 4H SO

　1868.41 ⑦ 2H O

　17296.3 ⑧

　杂质 411.38 合计 30672.94 合计 30672.94 ( 2) 沉降物料平衡表( 以 kg/ t2TiO 计)

　表六

　沉降物料平衡表( 以kg/ t2TiO 计)

　序号 进料 序号 出料 1

　 钛液 1 清钛液 ①

　4TiOSO

　5007.83 ①

　4TiOSO

　4932.71 ②

　2 4 3( ) Ti SO

　136.14 ②

　2 4 3( ) Ti SO

　134.10 ③

　4FeSO

　5620.06 ③

　4FeSO

　5535.76 ④

　2 4 3( ) Al SO

　171.60 ④

　2 4 3( ) Al SO

　169.03 ⑤

　4MgSO

　161.22 ⑤

　4MgSO

　158.80 ⑥

　2 4H SO

　1868.41 ⑥

　2 4H SO

　1840.38 ⑦ 2H O

　17296.3 ⑦

　2H O

　17036.86 资料内容仅供参考，如有不足或者侵权，请联系本人删除。

　 ⑧

　杂质 426.05 计 29807.64 合计 30687.61 2 沉降泥渣

　①

　4TiOSO

　75.12 ②

　2 4 3( ) Ti SO

　2.04 ③

　4FeSO

　84.3 ④

　2 4 3( ) Al SO

　2.57 ⑤

　4MgSO

　2.24 ⑥

　2 4H SO

　28.03 ⑦

　2H O

　259.44 ⑧

　杂质 426.05 计 879.79 合计

　30687.61 (3)水解反应物料平衡表

　序号 进料 序号 出料 1

　 4TiOSO

　4932.71 1

　H 2 TiO 3

　2974.79 2

　2H O

　1563.81 2 2H O

　546.94

　 3 2 4H SO

　2974.79 4.5 工序需要的主要设备

　 雷蒙磨; 酸解罐; 沉降设备; 程序控制的 SX 型离心机; 板框过滤机; 浓缩罐; 水解锅; 叶滤机; 回转窑; 气流粉碎机等等。

　4.5 酸解锅的设备选型计算

　1. 依据

　（1）

　处置钛铁矿粉量

　2736 10000=91200kg/300天

　（2）

　浸取后钛液比重 1530kg/ m3

　（3）

　设备容积利用率 80%

　（4）

　基准: 以每锅处置的物料量计算

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　 2. 计算

　3. 由物料衡算可知, 每生产 1t100% 的 TiO2 需浸取的钛液量为15415.02kg, 则生产 10000t100% 的 TiO2, 天天获得钛液量为:

　G=15415.02x10000/ 300=513834kg/ 天

　10000: 为年产 10000 吨 100% 的 TiO2

　300: 为年操作日 300 天

　所以 V=513834/ 1530=335.84m 3 / 天

　天天酸解按 9 釜操作, 酸解锅的容积利用率为 80% , 则需要的酸解锅的体积为:

　Vg=335.84/ 9x0.8=29.85m 3

　取 Vg=15m 3 ,查手册得 Vg=25m 3

　参考中盐株化集团酸解锅操作时间为 8 小时

　所以酸解锅台数为: n=9x8/ 24=3 台

　实际选 4 台, 其中一台为备用设备。

　3. 根据上述计算

　设计直径

　3200( 3200+ 3200)

　锥角 60°

　材质: 钢壳内搪铅并衬 2 层瓷板

　4. 沉淀槽选型计算

　因为酸解釜

　Vg=25m 3

　沉淀槽 Vg’=25x0.8=20m 3

　所以 Vg’取 20m 3

　由于钛液沉淀槽数量为 2 台另加 1 台备用沉淀槽

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　 主要设备一览表

　序号

　 设备名称及主要技术特征

　 型号

　数量

　备注

　1

　2

　3

　4

　5

　6

　7

　4.6 水解罐设计

　本设计以常压水解罐为设计基础

　4.6.2 已知条件

　1. 天天总进料量: G 3 =94.1t/ d;

　2. 进料液比重 1429kg/ m3;

　3. 水解罐的周转时间 t=3.5h, 天天生产 22.5h。

　4. 6.2 计算

　5. 1.水解罐的数目

　设每罐可投料量 V=10m3

　则

　 故 取两个水解罐

　2、 水解罐的几何尺寸

　水解罐上部为料液与蒸汽接触的空间, 故锅中全部物料只能占罐全容的 55- 70% , 取填充洗漱为 0.65, 现每次投料 10m 3 , 则

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　 水解锅的全容=310=15.38 m0.65（ ）

　水解罐直径 D 与圆柱体高之比一般为 1: ( 1.25- 1.5) , 罐底的锥角为60°, 锥高 h 与直径之比 0.87:1。

　现取

　D 1H 1.5

　, 则 0.785D 2 x1.5D=15.38m 3

　故 D=315.38=2.36m0.785 1.5  取直径为 2.4m

　故 圆柱体高度 H=1.5x2.4=3.6m, 锥高 h=0.87x2.4=2.1m

　采纳蝶形封头, 从化工设备手册中查得拱形封头直径为 2500mm, 曲率半径 R=D i =2400mm, r 2 =1.5D=360mm,h=0.226D=565mm.

　3、 壁厚

　S= +2 -PnPDC  内( 厘米)

　式中 P- 设计压力( kg/ cm),P=1.05- 1.10P

　 S- 圆筒壁厚( cm)

　 D- 圆筒内径( cm)

　δ- 材料最低强度极限, 钢板δ=3500( kg/ cm)

　n- 综合系数, 钢板 n=2.7

　 - 焊缝系数, 单面对接焊缝

　C- 壁厚附加量( cm)(即腐蚀裕度) , 一般取为 0.15

　0.25cm。

　封头厚壁一般在计算厚度的 10% , 并不大于 0.4cm。

　故壁厚 S=5.1 1.1 240+0.435002 0.9-5.12.7   资料内容仅供参考，如有不足或者侵权，请联系本人删除。

　=0.98cm

　取圆柱体壁厚为 10mm

　封头壁厚 S 封=10x1.1=11( mm)

　4、 计算结果

　水解罐设计为 2 个。

　水解罐直径为 2.4 米, 圆柱体高度 H=3.6m, 锥高 h=2.1m, 圆柱体壁厚为 10mm, 封头壁厚为 11mm。

　第五章

　废气和废渣的处置

　 由物料衡算可知, 在钛铁矿粉酸解反应过程中会排放出大量的含有二氧化硫的废气。

　沉降净化工序以后排出含有硫酸等气体及其它残渣, 对废气的处置方案, 准备采纳板式吸收塔, 以清水喷淋, 对酸解釜排出的废气作吸收后, 再经填料塔。

　以碱液(氢氧化钠)作进一步吸收, 使废气中的雾含量低于国家规定的排放标准 260mg/ m 3 放入大气, 残渣则由废酸回收工序经稀释打浆、 压滤、 水洗等方法回收部分含有硫酸氧钛和硫酸的废酸水供给酸解工序稀释浓硫酸及浸取水剩余废渣排放。

　水解工序由于洗涤而产生的稀硫酸需要, 随着洗涤的次数差别, 有时会产生 50- 60t 废硫酸, 这些稀酸需要到专门的硫酸处置厂处置。

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