CN111924877A - 一种低反应酸浓度的酸解方法 - Google Patents

一种低反应酸浓度的酸解方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低反应酸浓度的酸解方法，包括以下步骤：步骤一：将具有325目全通过的钛铁矿粉与浓硫酸在预混罐内进行预混合；步骤二：混合均匀后放入酸解罐内，加入废酸作为启动酸，将硫酸浓度稀释，与此同时，用低压蒸汽直接加热，控制酸解反应温度；步骤三：反应进行一段时间后，再次加入废酸进一步进行熟化；步骤四：当物料冷却到一定温度时，加入淡废酸、小度水进行浸取；步骤五：浸取过程中加入计量的铁粉进行还原，即得到含有一定三价钛的硫酸氧钛溶液。本发明提供一种低反应酸浓度的酸解方法，通过采用二价铁含量高、矿粉粒径细，以及添加助磨剂等方法，在基本不降低酸解反应收率的条件下，提高钛白废酸的回用量。

Description

一种低反应酸浓度的酸解方法
技术领域
本发明属于硫酸法钛白粉酸解领域，涉及一种低反应酸浓度的酸解方法。
背景技术
硫酸法钛白粉生产过程中，酸解反应是一个复杂的液 - 固非均相反应，反应生成的固相物的组成和结构具有多变性和复杂性。对固相物的物相研究表明，酸解反应过程中当反应温度低于220℃时，反应生成的固相物主要是以FeSO4·H2O为骨架的包体化合物，这种包体化合物是易溶于水的，当反应温度高于220℃时，反应生成的固相物主要是以无水TiOSO4为骨架的包体化合物，这种包体化合物是较难溶于水的。因此，酸解反应过程中应严格控制反应温度，避免反应过于剧烈使SO3和水分大量挥发生成难溶的化合物或包体化合物。
酸解反应温度——即反应过程中达到的最高温度可以用下式来表示：
T = T引 + △T反应 = T始 + △T稀释 +△T反应
即反应温度等于反应引发温度加上化学反应热使反应体系的温度升高值。△T反应主要决定于反应速度，反应速度越快，放热越集中，△T反应越高。动力学研究表明，酸解反应控制步骤为矿物表面化学反应，符合收缩未反应核模型，反应速度主要受温度、反应酸浓度的影响，其中温度是最主要的影响因素。
目前应用最多的酸解工艺是：将具有一定细度的钛铁矿粉与浓硫酸放入酸解罐内，再加入一定量的废酸作为启动酸，将硫酸浓度调配成一定的反应酸浓度，与此同时，由于废酸中的水与浓硫酸发生水合作用而产生大量的热用以引发反应，若稀释热过低，再用低压蒸汽直接加热，提供引发酸解主反应所需要的热量。主反应结束后，经过一段时间的固相熟化，当物料冷却到一定的温度时，即加入工艺水、淡废酸、小度水进行浸取，浸取过程中加入计量的铁粉进行还原，即得到含有一定三价钛的硫酸氧钛液。将酸解钛液泵送到沉清槽，同时按比例计量加入配制好的絮凝剂，用压缩空气搅拌均匀，静置沉降一段时间后得到澄清的钛液，酸解工艺结束。现有的酸解利用反应酸的浓度约为83～88%，得到固相多孔产物，再用稀酸及水浸取得到含钛溶液，此方法反应快且剧烈，但伴随反应，排放出大量含SO2、SO3等酸性气体，废酸、废气排放带来的环境问题，已经影响到硫酸法钛白工艺的存亡。
发明内容
1、所要解决的技术问题：
当前酸解反应普遍采用固相法，利用反应酸的浓度低约为83～88%，此方法反应快且剧烈，且伴随反应排放出大量含SO2、SO3等酸性气体，废酸、废气排放带来的环境问题。
2、技术方案：
为了解决以上问题，本发明提供了一种低反应酸浓度的酸解方法，包括以下步骤：步骤一：将具有325目全通过的钛铁矿粉与浓硫酸在预混罐内进行预混合；步骤二：混合均匀后放入酸解罐内，加入废酸作为启动酸，将硫酸浓度稀释，与此同时，用低压蒸汽直接加热，控制酸解反应温度；步骤三：反应进行一段时间后，再次加入废酸进一步进行熟化；步骤四：当物料冷却到一定温度时，加入淡废酸、小度水进行浸取，；步骤五：浸取过程中加入计量的铁粉进行还原，即得到含有一定三价钛的硫酸氧钛溶液。
所述325目全通过的钛铁矿粉的制备方法为：将二价铁含量大于35%的钛铁矿粗矿送入球磨机，同时加入助磨剂，钛铁矿在球磨机内粉碎干燥，经过选粉机，粒径合格的钛铁矿粉随干燥气流进入旋风分离器，收集得到325目全通过的钛铁矿粉。
所述助磨剂采用聚合醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、乙二醇中的一种或者多种的混合。
在步骤一中，浓硫酸浓度为98%的硫酸。
在步骤一中，所述钛铁矿粉与浓硫酸按照反应矿酸比1:1.60～1.85，在预混罐内进行预混合。
在步骤二中，启动酸味浓度为50-60%的废酸，将硫酸浓度调配成75-80%。
在步骤二中，酸解反应温度控制在150-170℃。
在步骤三中，反应40-60分钟，再次加入废酸的浓度为50-60%。
所述加入废酸的量与矿粉比例为1:0.1-0.3。
在步骤三中，物料冷却到60-75℃，小度水进行浸取时间为2-4小时。
3、有益效果：
本发明提供一种低反应酸浓度的酸解方法，通过采用二价铁含量高、矿粉粒径细，以及添加助磨剂等方法，在基本不降低酸解反应收率的条件下，提高钛白废酸的回用量，而且有效提高废酸的综合利用率，在降低生产成本的同时，有效降低废酸排放，减少环境污染风险。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种低反应酸浓度的酸解方法，包括以下步骤：步骤一：将具有325目全通过的钛铁矿粉与浓硫酸在预混罐内进行预混合。
根据固相反应动力学可知：在固液反应体系中，颗粒越小，反应越剧烈；颗粒尺寸可改变反应界面、扩散截面以及颗粒表面结构。即：钛矿的粒度越小，比表面积就越大，与硫酸的接触面也就越大，因此就更容易使得钛铁矿与硫酸的反应更充分，以及得到更高的酸解率。
在本专利中，由于低浓度废酸的使用，酸解反应效率有所降低，为提高酸解反应的效率，将钛铁矿的粒度控制到325目全通过，从而有利于提高酸解效率。
步骤二：混合均匀后放入酸解罐内，加入废酸作为启动酸，将硫酸浓度稀释，与此同时，用低压蒸汽直接加热，控制酸解反应温度。
将钛铁矿粉与浓硫酸放入酸解罐内，再加入一定量的低浓度废酸作为启动酸，由于废酸中的水与浓硫酸发生水合作用而产生大量的热，提供了引发酸解主反应所需要的热量，酸解反应进行。若稀释热过低，无法满足酸解主反应所需热量，需要额外使用低压蒸汽直接加热，来实现酸解反应的正常进行。
步骤三：反应进行一段时间后，再次加入废酸进一步进行熟化。
随着酸解主反应的剧烈进行，温度的快速升高，反应体系中的硫酸和引发液带进去的水与反应生成的水分等，会以蒸汽的形式排出，同时钛铁矿与硫酸生成硫酸氧钛、硫酸亚铁、硫酸高铁、硫酸镁等结晶，造成体系由液态逐渐变为粘稠，向固相化发展，而体系的固化将减少钛矿与硫酸的充分接触，不利于反应的持续进行，为防止体系的固化，在反应过程中，进行二次加入废酸，使体系保持液态，有利于反应的持续进行，提高酸解效率。
步骤四：当物料冷却到一定温度时，加入淡废酸、小度水进行浸取；步骤五：浸取过程中加入计量的铁粉进行还原，即得到含有一定三价钛的硫酸氧钛溶液。
实施案例1：
通过链式输送机、插板阀，将二价铁含量为35%钛铁矿粗矿送入球磨机，同时加入助磨剂，钛铁矿在球磨机内粉碎干燥，经过选粉机，粒径合格的钛铁矿粉随干燥气流进入旋风分离器，收集得到325目全通过的合格产品。
步骤一：将矿粉计量仓送来的定量的，并具有325目全通过的钛铁矿粉，与98%浓硫酸按照反应矿酸比1: 1.60，在预混罐内进行预混合；步骤二：混合均匀后放入酸解罐内，加入浓度为50%~60%的废酸作为启动酸，将硫酸浓度调配成75%，与此同时，用低压蒸汽直接加热，控制酸解反应温度为155℃；步骤三：反应进行60min后，再次加入56%的废酸（与矿粉比例为1:0.1）进一步进行熟化；步骤四：当物料冷却到60～75℃的温度时，加入淡废酸、小度水进行浸取，浸取时间为2小时；步骤五：浸取过程中加入计量的铁粉进行还原，即得到含有一定三价钛的硫酸氧钛液，样品编号为1#。
实施案例2：
通过链式输送机、插板阀，将二价铁含量为37%钛铁矿粗矿送入球磨机，同时加入助磨剂，钛铁矿在球磨机内粉碎干燥，经过选粉机，粒径合格的钛铁矿粉随干燥气流进入旋风分离器，收集得到325目全通过的合格产品。
步骤一： 将矿粉计量仓送来的定量的，并具有325目全通过的钛铁矿粉，与98%浓硫酸按照反应矿酸比1:1.66，在预混罐内进行预混合；步骤二：混合均匀后放入酸解罐内，加入浓度为50%~60%的废酸作为启动酸，将硫酸浓度调配成77%，与此同时，用低压蒸汽直接加热，控制酸解反应温度为163℃；步骤三：反应进行60min后，再次加入55%的废酸（与矿粉比例为1:0.2）进一步进行熟化；步骤四：当物料冷却到60～75℃的温度时，加入淡废酸、小度水进行浸取，浸取时间为3小时；步骤五：浸取过程中加入计量的铁粉进行还原，即得到含有一定三价钛的硫酸氧钛液，样品编号为2#。
实施案例3：
通过链式输送机、插板阀，将二价铁含量为38%钛铁矿粗矿送入球磨机，同时加入助磨剂，钛铁矿在球磨机内粉碎干燥，经过选粉机，粒径合格的钛铁矿粉随干燥气流进入旋风分离器，收集得到325目全通过的合格产品。
步骤一：将矿粉计量仓送来的定量的，并具有325目全通过的钛铁矿粉，与98%浓硫酸按照反应矿酸比1:1.70，在预混罐内进行预混合；步骤二：混合均匀后放入酸解罐内，加入浓度为50%~60%的废酸作为启动酸，将硫酸浓度调配成78%，与此同时，用低压蒸汽直接加热，控制酸解反应温度为170℃；步骤三：反应进行50min后，再次加入53%的废酸（与矿粉比例为1:0.3）进一步进行熟化；步骤四：当物料冷却到60～75℃的温度时，加入淡废酸、小度水进行浸取，浸取时间为4小时；步骤五： 浸取过程中加入计量的铁粉进行还原，即得到含有一定三价钛的硫酸氧钛液，样品编号为3#。
实施案例4：
通过链式输送机、插板阀，将二价铁含量为36%钛铁矿粗矿送入球磨机，同时加入助磨剂，钛铁矿在球磨机内粉碎干燥，经过选粉机，粒径合格的钛铁矿粉随干燥气流进入旋风分离器，收集得到325目全通过的合格产品。
步骤一：将矿粉计量仓送来的定量的，并具有325目全通过的钛铁矿粉，与98%浓硫酸按照反应矿酸比1:1.85，在预混罐内进行预混合；步骤二：混合均匀后放入酸解罐内，加入浓度为50%~60%的废酸作为启动酸，将硫酸浓度调配成80%，与此同时，用低压蒸汽直接加热，控制酸解反应温度为158℃；步骤三：反应进行40min后，再次加入58%的废酸（与矿粉比例为1:0.2）进一步进行熟化；步骤四：当物料冷却到60～75℃的温度时，加入淡废酸、小度水进行浸取，浸取时间为4小时；步骤五： 浸取过程中加入计量的铁粉进行还原，即得到含有一定三价钛的硫酸氧钛液，样品编号为4#。
对比案例：
通过链式输送机、插板阀，将二价铁含量为35%钛铁矿粗矿送入球磨机，同时加入助磨剂，钛铁矿在球磨机内粉碎干燥，经过选粉机，粒径合格的钛铁矿粉随干燥气流进入旋风分离器，收集得到325目晒余为12%的钛铁矿产品；步骤一：将矿粉计量仓送来的定量的钛铁矿粉，与98%浓硫酸按照反应矿酸比1:1.65，在预混罐内进行预混合；步骤二：混合均匀后放入酸解罐内，加入浓度为50%~60%的废酸作为启动酸，将硫酸浓度调配成85%；步骤三：反应进行20min后，进一步进行熟化；步骤四：当物料冷却到60～75℃的温度时，加入淡废酸、小度水进行浸取，浸取时间为8小时；步骤五：浸取过程中加入计量的铁粉进行还原，即得到含有一定三价钛的硫酸氧钛液，样品编号为5#。
通过上述实验，本发明的方法使用废酸比例情况如下表所示：
序号 废酸使用比例（矿粉与废酸比例）
1# 1:0.5
2# 1:0.5
3# 1:0.6
4# 1:0.4
对比案例 1:0.1
从以上表格可以看出，本发明废酸使用比例最高，有效提高废酸的综合利用率，在降低生产成本的同时，有效降低废酸排放。

Claims (10)

1.一种低反应酸浓度的酸解方法，包括以下步骤：步骤一：将具有325目全通过的钛铁矿粉与浓硫酸在预混罐内进行预混合；步骤二：混合均匀后放入酸解罐内，加入废酸作为启动酸，将硫酸浓度稀释，与此同时，用低压蒸汽直接加热，控制酸解反应温度；步骤三：反应进行一段时间后，再次加入废酸进一步进行熟化；步骤四：当物料冷却到一定温度时，加入淡废酸、小度水进行浸取；步骤五：浸取过程中加入计量的铁粉进行还原，即得到含有一定三价钛的硫酸氧钛溶液。
2.如权利要求1所述的方法：其特征在于：所述325目全通过的钛铁矿粉的制备方法为：将二价铁含量大于35%的钛铁矿粗矿送入球磨机，同时加入助磨剂，钛铁矿在球磨机内粉碎干燥，经过选粉机，粒径合格的钛铁矿粉随干燥气流进入旋风分离器，收集得到325目全通过的钛铁矿粉。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述助磨剂采用聚合醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、乙二醇中的一种或者多种的混合。
4.如权利1-3任一权利要求所述的方法，其特征在于：在步骤一中，浓硫酸浓度为98%的硫酸。
5.如权利要求1-3任一权利要求所述的方法，其特征在于：在步骤一中，所述钛铁矿粉与浓硫酸按照反应矿酸比1:1.60～1.85，在预混罐内进行预混合。
6.如权利要求1-3任一权利要求所述的方法，其特征在于：在步骤二中，启动酸味浓度为50-60%的废酸，将硫酸浓度调配成75-80%。
7.如权利要求1-3任一权利要求所述的方法，其特征在于：在步骤二中，酸解反应温度控制在150-170℃。
8.如权利要求1-3任一权利要求所述的方法，其特征在于：在步骤三中，反应40-60分钟，再次加入废酸的浓度为50-60%。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于；所述加入废酸的量与矿粉比例为1:0.1-0.3。
10.如权利要求1-3任一权利要求所述的方法，其特征在于：在步骤三中，物料冷却到60-75℃，小度水进行浸取时间为2-4小时。
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