CN105293574B - 一种降低钛白粉生产中废酸量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低钛白粉生产中废酸量的方法，提供一种硫酸法金红石型钛白粉生产过程中采用三氧化硫和55%硫酸与钛精矿预混进行酸解反应，进而达到降低钛白粉生产中废酸量的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低钛白粉生产过程中废酸量的方法，特别涉及一种硫酸法金红石型钛白粉生产中的酸解过程采用三氧化硫和55％硫酸与钛精矿预混，进而达到降低钛白粉生产中废酸量的方法。
背景技术
钛白粉又称钛白，学名二氧化钛(TiO2)，白色粉末，无毒无害，是一种重要的无机化工原料，其化学性质十分稳定，具有优良的物理性能、光学性能和颜料性能，具有极佳的白度、折射率、消色力、遮盖力、不透明度和抗粉化性能，是目前世界上所发现的颜色最白的一种颜料之一，被广泛的应用于涂料、油墨、塑料、橡胶、造纸等领域。
钛白粉的工业化生产方法主要有硫酸法和氯化法。目前硫酸法是国内一种比较常见的生产方法，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；二氧化钛粗品经湿磨、砂磨、包膜和气粉，得到钛白粉产品。
其中酸解反应是用热浓硫酸分解钛铁矿，将其中可溶于酸的铁、钛等元素、化合物转化成可溶性的硫酸化合物，加水浸取成钛液，再用铁粉还原钛液中的高价铁，使变成可溶于水的硫酸亚铁盐，不溶于酸的杂质(如金红石、脉石等)与胶体悬浮物(如Al2O3、SiO2等)混悬在钛液中有待除去。
工业上生产中酸解、浸取、还原是在一个酸解罐中完成的，只是操作时间上有先后之分。浸取是酸解主反应及熟化反应完成后，立即加入计量好的小度水、工业水对固相物进行溶解提前的过程，水一般是从顶部加入的，也可以部分从罐底部加入，同时用压缩空气对浸提液进行搅拌，使物料很快降温到70℃以下，以防止钛液早期水解。浸取操作的关键是快速加水浸取，加大压缩空气搅拌降温，保证浸取温度为70℃，操作时间约40min。钛液的还原就是在浸取过程中加入计量好的铁粉或铁屑进行高价铁的还原，加大压缩空气搅拌，通过调节搅拌气量和人孔盖的开度，控制还原温度低于80℃，浸取还原2h后，开始检测钛液质量指标、相对密度、三价钛浓度，确定是否补加铁粉和水，当钛液中有三价钛存在时表示高铁已还原完成。
目前硫酸法生产钛白的过程中的酸解过程主要有两种：一是采用98％硫酸与钛精矿在冷却水的作用下预混，然后加入水引发酸解反应，达到溶解钛精矿的目的，该方法由于酸矿预混需要降温，所以设备复杂，且预混过程中经常发生主反应提前造成严重工艺事故，由于反应全部采用新鲜98％硫酸，因此无法回收钛白粉反应过程中产生废酸；二是采用55％硫酸与钛精矿预混，然后加入98％酸引发酸解反应，达到溶解钛精矿的目的，该方法由于酸矿预混无需要降温，所以设备简单，预混采用低酸更加安全，且55％硫酸采用钛白粉生产产生废酸而来，因此降低了钛白粉生产中废酸量，但是工艺在控制指标一定情况下，废酸回用量基本确定，无法通过提高废酸回用量降低废酸产生量，目前国内该工艺应用广泛。
在硫酸法生产钛白的过程中，每生产1t钛白将产生20％左右8～10t废酸，废酸中除了含有主要成分H2SO4外，还含有一定的FeSO4、TiO2、A12(SO4)3、MgSO4等物质。这些废酸若不经处理直接排放，不仅污染环境，还造成资源的严重浪费。如何处理这些废酸，经济合理地回收其中有价值的部分，已成为硫酸法生产钛白的一个重要技术难题，也是困扰环境保护与钛白工业发展的重大问题，目前较为成熟的技术有废酸浓缩法，电石渣中和法和中和利用法，但都存在一定弊端。废酸浓缩法是利用水蒸气对废酸进行加热蒸发，去除废酸中的部分水分，冷却以后进行浓缩结晶，固液分离以后，浓缩液回原工艺回用。该方法的主要缺点是能源消耗大，处理成本高。电石渣中和法是利用电石渣等主要含氢氧化钙废物和废酸进行酸碱中和，然后沉淀进行泥水分离，该方法的主要缺点是产生大量的固体废弃物，而且对酸资源造成浪费。
综上，采用新工艺有效的降低钛白粉生产过程中的废酸量对于钛白粉行业的健康发展具有重要意义。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种金红石型钛白粉生产过程中的酸解过程采用三氧化硫和55％硫酸与钛精矿预混，进而达到降低钛白粉生产中废酸量的方法。
本发明采用的技术方案如下：
采用三氧化硫和55％硫酸与钛精矿预混进行酸解反应，加入的硫酸总量为钛精矿质量的1.5-1.7倍，总的硫酸浓度为70-90％。
作为优选：本发明中所述的酸解过程中采用钛精矿先与55％硫酸预混，然后再加入三氧化硫进行反应；
作为优选：本发明中所述的55％硫酸是采用25％的钛白粉废酸与98％硫酸混合后得到的；
传统硫酸法酸解过程中55％硫酸与钛精矿预混，98％硫酸引发工艺中酸矿比在1.50-1.70之间，起始反应酸浓度80-90％，每吨钛白粉的废酸(折百)回用量约250kg。本发明所述的钛白粉酸解过程中55％硫酸与钛精矿预混，三氧化硫引发工艺在同样的酸矿比及起始反应浓度下，因三氧化硫先与水反应生成硫酸会消耗掉一部分水，因此每吨钛白粉的废酸(折百)回用量约350kg，同时由于酸解反应所需引发热主要来自于浓酸和稀酸的混合过程，由于三氧化硫先与水反应，生成浓硫酸并放出一部分热量，再与55％酸的预混料反应，该过程放出的热量比采用98％酸直接与55％酸的预混料反应放出更多的热量，因此采用本发明中的工艺可以提前引发主反应(主反应的引发是由温度决定的)，从而可降低酸解起始反应酸浓度5-10％左右，每吨钛白粉的废酸消耗可提高至600kg，每吨钛白粉生产中的废酸量显著下降约350kg，以产量为20万吨每年的金红石钛白粉厂计算，每年可减少废酸量约7万吨，可减少因废酸中和产生的钛石膏约100万吨，具有积极的经济和环保效益。其中酸矿比是指纯H2SO4的质量与钛精矿质量的比值，折百是指以纯的H2SO4计算。
综上所述，本发明的有益效果是通过采用三氧化硫和55％硫酸与钛精矿预混进行酸解反应，可以有效的降低了钛白粉生产过程产生的废酸量，节省后处理成本。
具体实施方式
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。
酸解率是溶液中的可溶性钛盐总量占所投钛铁矿中所含钛总量的百分比。
钛液的稳定性又称稳定度，就是在钛白粉生产中，钛液在条件变化的情况下，有发生早期水解而析出白色胶体粒子的倾向，这种倾向的强弱程度叫做钛液的稳定度。表示这种倾向强弱的特性叫做钛液的稳定性，钛液的稳定性是以每毫升钛液用25℃的蒸馏水稀释到刚白色浑浊时，所需要蒸馏水的毫升数来表示。钛液稳定性是衡量钛液质量的一个重要指标，颜料用钛白粉酸解后钛液稳定性要求≥400ml/ml，浓缩后钛液稳定性要求≥500ml/ml。
放料浓度是指酸解后的钛液浓度，因为该浓度直接影响后面的水解过程，因此是酸解工序的一个重要指标。
实施例1：
酸解条件：酸矿比1.60，起始反应酸浓度84％。
研磨合格的钛精矿1000kg，325目筛余小于30％，加入620kg的55％硫酸并混合均匀，再加入1280kg的98％硫酸，引发主反应，引发温度大于150℃，固相物在200℃熟化30min，加入3000L水浸取30min，加入铁粉还原至三价钛消失为止，得到合格的酸解放料钛液A，检测相关指标，55％的硫酸是由废酸与浓硫酸配置而成。
实施例2：
酸解条件：酸矿比1.60，起始反应酸浓度84％。
研磨合格的钛精矿1000kg，325目筛余小于30％，加入1090kg的55％硫酸并混合均匀，加入660kg的SO3，引发主反应，引发温度大于150℃，固相物在200℃熟化30min，加入3000L水浸取30min，加入铁粉还原至三价钛消失为止，得到合格的酸解放料钛液B，检测相关指标，55％的硫酸是由废酸与浓硫酸配置而成。
实施例3：
酸解条件：酸矿比1.60，起始反应酸浓度75％。
研磨合格的钛精矿1000kg，325目筛余小于30％，加入1700kg的55％硫酸并混合均匀，加入370kg的SO3，引发主反应，引发温度大于150℃，固相物在200℃熟化30min，加入3000L水浸取30min，加入铁粉还原至三价钛消失为止，得到合格的酸解放料钛液C，检测相关指标，55％的硫酸是由废酸与浓硫酸配置而成。
表1为各实施例的反应参数
| 编号 | 55％酸消耗(折百) | 废酸消耗(折百) | 酸解率 | 稳定性 | 放料浓度 |
| A | 340kg | 100kg | 96.5％ | 550ml | 132g/l |
| B | 600kg | 183kg | 96.6％ | 550ml | 131g/l |
| C | 940kg | 285kg | 96.4％ | 550ml | 132g/l |
实验数据表明：该发明工艺既可以加大废酸的回用量，降低废酸产生量，又不会影响酸解后的钛液质量。
Claims (1)
1.一种降低钛白粉生产中废酸量的方法，其特征在于：采用三氧化硫和55％硫酸与钛精矿预混进行酸解反应，加入的硫酸总量为钛精矿质量的1.5-1.7倍，总的硫酸浓度为70-90％；所述的酸解过程是采用钛精矿先与55％硫酸预混，然后再加入三氧化硫进行反应；所述的55％硫酸是采用25％的钛白粉废酸与98％硫酸混合后得到的。
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