CN103112890B - 钛白粉生产过程中的酸解工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛白粉生产过程中的酸解工艺，将粗钛精矿与质量百分浓度为10-60%的硫酸直接混合得到粗钛精矿硫酸料浆，并控制粗钛精矿的质量百分比为10-70%，然后采用球磨机进行湿磨，磨至所述粒径为325目筛余小于30%，得到用于酸解的合格钛精矿硫酸料浆并直接注入酸解设备，加入98%浓硫酸引发主反应，然后熟化、浸取、还原得到酸解钛液,本工艺采用普通球磨机即可进行，酸解磨矿系统简单，一次性投资小，维护成本较低，运行成本低；钛精矿硫酸料浆直接用于酸解，避免了大量矿粉扬尘，同时提高了钛精矿收率；对粗钛精矿的湿度要求相对较低，有利于降低粗钛精矿运输、储存成本；该酸解工艺简单，易操作，适合大规模生产推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛白粉生产工艺，特别涉及一种钛白粉生产的酸解工艺。
背景技术
钛白粉是最重要的无机颜料和化工原料之一。颜料级钛白粉主要应用于涂料、造纸、塑料、橡胶、乳胶漆、印刷油墨、化纤等行业，非颜料级钛白粉主要应用于搪瓷、电容器、电焊条等。
钛白粉的生产方法一般分为硫酸法和氯化法。其中硫酸法是一种常见的传统的生产方法，其步骤一般包括：钛精矿与浓硫酸进行酸解反应生产硫酸氧钛、经沉降、结晶、水解生成偏钛酸，偏钛酸经一洗、漂白、二洗，盐处理、锻烧得到金红石型二氧化钛粗品，二氧化钛粗品加入分散剂后湿磨得到金红石型二氧化钛料浆，再砂磨，然后包膜和气粉，得到产品。
传统硫酸法钛白粉生产过程中的酸解工艺是：将粗钛精矿进行研磨，研磨合格的钛精矿和浓硫酸按一定配比预混，然后注入酸解锅，在压缩空气的搅拌下，加入计量的水引发主反应，然后进行熟化，浸取，还原得到酸解钛液。由于该过程中采用98%的硫酸进行预混，水引发，引发热大，反应剧烈，因此需对钛精矿细度和水分严格控制，防止钛精矿和浓硫酸预混时发生主反应。因此，传统钛白粉生产工艺中采用复杂的研磨系统控制钛精矿的细度，同时对于原料粗钛精矿水分严格要求。
近年，出于环保的考虑，以及企业降低成本提高核心竞争力的要求，部分钛白粉厂家采用改良酸解工艺：将粗钛精矿进行研磨，将钛白粉生产产生的废酸或预浓缩废酸与研磨合格的钛精矿按一定配比预混，然后注入酸解锅，在压缩空气的搅拌下，加入计量的浓硫酸引发主反应，然后进行熟化，浸取，还原得到酸解钛液。采用该工艺进行酸解具有一定的先进性和实用性，其特点表现为：引发热减少，反应剧烈程度降低，酸解事故率（爆锅和冒锅）降低；钛白废酸有效利用，钛白粉生产成本降低，每吨钛白粉的废渣量减少。但是这些厂家依然没有开发适合于该种酸解条件的更经济、更实用的粗钛精矿研磨系统，而采用传统钛白粉生产工艺中的钛精矿研磨系统。
现行硫酸法钛白粉厂家一般都采用风扫磨系统对粗钛精矿进行研磨，其磨矿系统主要有风机，球磨机，旋风分离和袋滤器等，该系统运行过程是，采用螺旋将粗矿粉送进球磨机，球磨机在一定的速度下运行，球磨机内部的研磨钢球在磨机内部做抛体运动，球与球相互碰撞达到研磨粗矿粉的目的，同时通过调节风机的进风量使得达到细度要求的矿粉被送出球磨机，进入分离装置，袋滤器除尘，从而达到控制钛精矿粒径目的。通常条件下，粗钛精矿的研磨细度要求80%以上过325目标准筛，即325目筛余小于20%，这样不仅可以降低研磨能耗，同时可以使酸解过程中钛精矿与硫酸充分接触，增大酸解反应面积，加快反应速率，提高酸解率，最大限度降低成本。该系统的运行特点是对钛精矿进行研磨的同时具有分级效果，达到了矿粉细度的精确控制。但是该系统下也存在一定不足：1.球磨机研磨矿粉过程中噪音大，对于操作人员身体影响大；2.分级系统要求钛精矿必须一定速度运行，因此必须配大功率风机，系统能耗较高；3.高硬度的钛精矿直接在磨矿系统中高速运行对于系统磨损严重，同时对于系统材质要求较高，直接引起系统维护成本提高；4.钛精矿生产、运输和储存过程中不可避免受潮，但传统磨矿系统采用风作为物料运送介质，因此对粗钛精矿的湿度要求高，粗钛精矿水分含量不能超过3%，否则会引起磨矿系统堵塞，研磨系统无法正常进行；6.该研磨系统设备复杂，一次性投资大，维护成本较高。
综上，硫酸法钛白粉生产传统酸解工艺和现行改良酸解工艺均存在以下缺点：1.粗钛精矿磨矿系统复杂，一次性投资和维护成本高；2.两种酸解工艺的磨矿系统对粗钛精矿水分要求极高，对于粗钛精矿长途运输和储存过程中防潮要求极高；3.两种酸解工艺都是将磨好的极细的钛精矿直接下锅，往往粉尘极大，造成环境污染和收率降低；4.长期实践表明两种酸解预混工艺中均存在预混槽结垢现象，清理困难。目前还没有通过新的酸解工艺来克服上述缺点的实报道。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种解决上述问题的钛白粉生产过程中的酸解新工艺。
本发明采用的技术方案是这样的：一种钛白粉生产过程中的酸解工艺，其特征在于：将粗钛精矿与质量百分浓度为10-60%的硫酸直接混合得到粗钛精矿硫酸料浆，控制所述粗钛精矿硫酸料浆中粗钛精矿的质量百分比为10-70%，然后采用球磨机进行湿磨，磨至所述粗钛精矿硫酸料浆的粒径为325目筛余小于20%，得到用于酸解的合格钛精矿硫酸料浆，所述合格钛精矿硫酸料浆直接注入酸解设备，加入98%浓硫酸引发主反应，然后熟化、浸取、还原得到酸解钛液。
该工艺中，熟化、浸取、还原，这些步骤采用的工艺参数仍然采用传统酸解工艺中相应步骤的工艺参数。
本申请的发明人经过大量研究发现，先将粗钛精矿和低浓度硫酸直接混合后在球磨机中进行研磨，通过同时控制粗钛精矿和低浓度硫酸加入比例、加入的低浓度硫酸的浓度和球磨机转速,尤其是控制粗钛精矿和低浓度硫酸加入比例可以得到合适粒径的钛精矿，其细度满足80%以上通过325目标准筛，且该钛精矿硫酸料浆在浓硫酸的引发下进行酸解反应得到的酸解料浆的酸解率依然可达到95%以上且其余各项指标均达到生产要求标准。
作为优选：与粗钛精矿直接混合的硫酸质量百分浓度为45-55%。因为采用钛白粉生产过程中产生的20-25%的废酸与98%的浓硫酸混合，得到的45-55%的硫酸是杂质含量较少，对钛精矿酸解的反应酸浓度的影响也是较小。
作为优选：与粗钛精矿直接混合的硫酸采用钛白粉生产过程中产生的废酸或预浓缩废酸。
所述的钛白粉生产过程中产生的废酸或预浓缩废酸，主要是指硫酸法钛白粉生产过程中，每生产1t钛白粉，需要消耗4t以上的硫酸，同时产生4.5-6t左右w (H2SO4 ) 20%-25%的废酸。所述废酸中H2SO4含量一般在20-25%，还含有8-16%的FeSO4、1-3%的MgSO4、0.8-3%的Al2(SO4)3、0.1-1%的MnSO4、0.8-1.5%的TiOSO4、0.3-1.0%的H2TiO3
本发明可以充分利用上述的废酸，先与粗钛精矿进行混合湿磨，一方面对于废酸进行回收再利用，另一方面也可以免于浓缩，减少成本，因为废酸是钛白粉生产过程中产生的，其中的杂质和钛精矿中杂质基本一样，虽然会少量增加钛精矿的杂质含量，对钛液的沉降有一定的影响，但通过控制过滤的强度（过滤过程中保持进料压力全程小于0.35MPa）即可消除这种影响
作为优选：控制所述粗钛精矿硫酸料浆中粗钛精矿的质量百分比为40-60%。这样做是为了保证磨后的钛精矿能够达到适合于钛精矿酸解所需的粒度分布。
作为优选：湿磨时磨至所述粗钛精矿硫酸料浆的粒径为325目筛余小于20%。这样的钛精矿粒度比较适合于钛精矿酸解，同时又不会因为粒径太小而引起酸解冒锅。
作为优选：所述球磨机的内衬和研磨介质为耐酸材质。由于研磨时加入了硫酸，为了保护球磨机，延长球磨机的使用寿命，优选球磨机的内衬和研磨介质为耐酸材质。
进一步的：所述球磨机的内衬和研磨介质为为304不锈钢材质。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：1.本工艺采用普通球磨机即可进行，酸解磨矿系统简单，一次性投资小，维护成本较低，运行成本低；2.酸解工艺中通过研磨的钛精矿硫酸料浆直接用于酸解，避免了大量矿粉扬尘，同时提高了钛精矿收率，因为传统的磨矿工艺为固体研磨，会产生一定量的粉尘；而且磨后的物料采用风送和带滤器传送，而钛精矿属于硬度比较高的矿物，会对风机和带滤器产生磨损，出现一定量的粉尘，该工段对钛的收率会产生大于1%的影响；3.该钛精矿湿磨系统对粗钛精矿的湿度要求相对较低，不会因粗矿水分过高引起磨矿系统堵塞，有利于降低粗钛精矿运输，储存成本；4.该酸解工艺简单，易操作，适合大规模生产推广。
具体实施方式
下面对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
粗钛精矿与质量百分浓度为20%的硫酸(钛白回收废酸)按质量比1:9的比例进入球磨机进行湿磨，球磨机内径2600m，内衬厚度50mm的304不锈钢板，机内研磨介质为直径60mm的304不锈钢钢球，工作转速30r/min，得到的钛精矿料浆中钛精矿的325目筛余10%，将研磨合格的钛精矿硫酸料浆注入酸解锅，加入计量浓硫酸引发主反应，后经熟化，浸取和还原得到酸解放料样A，其检测指标如表1。
实施例2：
粗钛精矿与35%的硫酸按质量比7:3的比例进入球磨机进行湿磨，球磨机内径2600m，内衬厚度50mm的304不锈钢板，机内研磨介质为直径60mm的304不锈钢钢球，工作转速30r/min，得到的钛精矿料浆中钛精矿的325目筛余12%，将研磨合格的钛精矿硫酸料浆注入酸解锅，加入计量浓硫酸引发主反应，后经熟化，浸取和还原得到酸解放料样B，其检测指标如表1。
实施例3：
粗钛精矿与45%的硫酸按质量比4:6的比例进入球磨机进行湿磨，球磨机内径2600m，内衬厚度50mm的304不锈钢板，机内研磨介质为直径60mm的304不锈钢钢球，工作转速30r/min，得到的钛精矿料浆中钛精矿的325目筛余18%，将研磨合格的钛精矿硫酸料浆注入酸解锅，加入计量浓硫酸引发主反应，后经熟化，浸取和还原得到酸解放料样C，其检测指标如表1。
实施例4：
粗钛精矿与55%的硫酸按质量比5:5的比例进入球磨机进行湿磨，球磨机内径2600m，内衬厚度50mm的304不锈钢板，机内研磨介质为直径60mm的304不锈钢钢球，工作转速30r/min，得到的钛精矿料浆中钛精矿的325目筛余15%，将研磨合格的钛精矿硫酸料浆注入酸解锅，加入计量浓硫酸引发主反应，后经熟化，浸取和还原得到酸解放料样D，其检测指标如表1。
实施例5：
粗钛精矿与60%的硫酸按质量比6:4的比例进入球磨机进行湿磨，球磨机内径2600m，内衬厚度50mm的304不锈钢板，机内研磨介质为直径60mm的304不锈钢钢球，工作转速30r/min，得到的钛精矿料浆中钛精矿的325目筛余12%，将研磨合格的钛精矿硫酸料浆注入酸解锅，加入计量浓硫酸引发主反应，后经熟化，浸取和还原得到酸解放料样E，其检测指标如表1。
表1.实施例1-5酸解料检测指标
表1数据说明：本专利中将粗钛精矿与质量百分浓度为10-60%的硫酸直接混合得到粗钛精矿硫酸料浆，控制所述粗钛精矿硫酸料浆中粗钛精矿的质量百分比为10-70%，然后采用球磨机进行湿磨，磨至所述粗钛精矿硫酸料浆的粒径为325目筛余小于20%，得到用于酸解的合格钛精矿硫酸料浆，所述合格钛精矿硫酸料浆直接注入酸解设备，加入98%浓硫酸引发主反应，然后熟化、浸取、还原得到的酸解钛液是合格的。
Claims (6)
1.一种钛白粉生产过程中的酸解工艺，其特征在于：将粗钛精矿与质量百分浓度为10-60%的硫酸直接混合得到粗钛精矿硫酸料浆，控制所述粗钛精矿硫酸料浆中粗钛精矿的质量百分比为10-70%，然后采用球磨机进行湿磨，磨至所述粗钛精矿硫酸料浆的粒径为325目筛余小于20%，得到用于酸解的合格钛精矿硫酸料浆，所述合格钛精矿硫酸料浆直接注入酸解设备，加入98%浓硫酸引发主反应，然后熟化、浸取、还原得到酸解钛液。
2.根据权利要求1所述的钛白粉生产过程中的酸解工艺，其特征在于：与粗钛精矿直接混合的硫酸质量百分浓度为45-55%。
3.根据权利要求1所述的钛白粉生产过程中的酸解工艺，其特征在于：与粗钛精矿直接混合的硫酸采用钛白粉生产过程中产生的废酸或预浓缩废酸。
4.根据权利要求1所述的钛白粉生产过程中的酸解工艺，其特征在于：控制所述粗钛精矿硫酸料浆中粗钛精矿的质量百分比为40-60%。
5.根据权利要求1所述的钛白粉生产过程中的酸解工艺，其特征在于：所述球磨机的内衬和研磨介质为耐酸材质。
6.根据权利要求5所述的钛白粉生产过程中的酸解工艺，其特征在于：所述球磨机的内衬和研磨介质为304不锈钢材质。
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