CN113772633A - 一种用于去除钛白废酸中硫酸亚铁的混酸系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于资源综合利用、清洁生产的技术领域，具体为一种用于去除钛白废酸中硫酸亚铁的混酸系统及方法。包括混酸器、陈化槽、沉降槽和两台以上并联的压滤机；混酸器包括直立的蒸发室、外环流循环管和混酸泵；废酸进口和硫酸进口分别和外环流循环管上升段接通；蒸发室的顶端通过管道连通大气冷凝器，蒸发室的底部锥体通过管道连通陈化槽进料口，陈化槽底部通过陈化槽泵管道连通沉降槽分布器的上部进料口，每台压滤机出液口通过管道连通沉降槽分布器的上部进料口；系统工作时，93%~98%的浓硫酸和钛白废酸通过混酸器混合，并依次经陈化槽和沉降槽，自然冷却至一水硫酸亚铁晶体结晶析出，得到的澄清液中硫酸浓度达到63%~65%，实现资源的重复利用。
Description
技术领域
本发明属于资源综合利用、清洁生产的技术领域，是将硫酸法钛白装置一洗工段排放的废硫酸中硫酸亚铁去除后再利用的工艺技术，具体为一种用于去除钛白废酸中硫酸亚铁的混酸系统及方法。
背景技术
硫酸法钛白装置在一洗生产过程中产出的钛白废酸中含25%左右的硫酸和6%~7%的硫酸亚铁。以10万吨硫酸法钛白为例，每生产1t硫酸法钛白粉一洗时产生的25%的废酸约5.72t，其中硫酸亚铁约0.34t。由于含铁量太高，导致该废酸无法利用，目前大多数硫酸法钛白工厂均采用碱性物质中和的方法处理，通过此方法获得的钛石膏含有大量铁离子水合物，其含水量高、粘度大，难以应用，堆放时不仅占用大量土地并且污染环境。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，根据硫酸亚铁在不同浓度和温度的硫酸中的溶解度不同（见图2）， 提高酸的浓度并降低酸的温度使得硫酸亚铁在混酸中形成一水硫酸亚铁晶体结晶析出，再通过压滤的方式加以分离。
该发明采用的方法，工艺简单、工艺步骤易操控、成本较低、除废酸中硫酸亚铁效果好，具体技术方案如下：
一种用于去除钛白废酸中硫酸亚铁的混酸系统，包括混酸器、陈化槽4、沉降槽7和两台以上并联的压滤机10；所述陈化槽4内设有搅拌器5，所述沉降槽7内设有刮泥机9，刮泥机9将沉降槽7中的泥浆聚积在沉降槽7底部的集泥槽14内；
所述混酸器包括直立的蒸发室1、外环流循环管12和混酸泵2，外环流循环管12下降段的上游和蒸发室1底端接通，外环流循环管12上升段的下游和蒸发室1中部接通；
废酸进口和硫酸进口分别和外环流循环管12上升段接通；
所述蒸发室1的顶端通过管道连通大气冷凝器3，蒸发室1的底部锥体通过管道连通陈化槽4进料口，陈化槽4底部通过陈化槽泵6管道连通沉降槽分布器13的上部进料口；
所述沉降槽分布器13为细长的圆柱体形，且竖直布置在沉降槽7内，沉降槽7底部的集泥槽14通过压滤机给料泵8管道连通每台压滤机10进料口；
每台所述压滤机10出液口通过管道连通沉降槽分布器13的上部进料口，沉降槽7的中上部分别开设有出液口，每个出液口通过澄清液泵11管道连通钛白装置；
系统工作时，93%~98%的浓硫酸和钛白废酸通过混酸器混合，并依次经陈化槽4和沉降槽7，自然冷却至45~50℃，一水硫酸亚铁晶体结晶析出，使得沉降槽7中上部的澄清液中硫酸浓度达到63%~65%，并通过中上部的出液口管道输送至钛白装置。
进一步，所述大气冷凝器3为直立罐体，所述蒸发室1的顶部和大气冷凝器3的下部通过管道连通，大气冷凝器3的上部接通循环上水管，使得喷淋水直接和所述蒸发室1产生的二次蒸汽接触，并通过将二次蒸汽冷凝造成所述混酸器内的真空状态，大气冷凝器3底部接通循环回水管。
进一步，所述沉降槽分布器13底部封闭、上部设有斜插型的进料口，沉降槽分布器13的中部沿着同一径向上均匀开设有轴向长条孔。
进一步，所述外环流循环管12的上升段和下降段通过水平段连通，且在水平段上设有混酸泵2，上升段上开设有4~6个废酸进料口和4~6个浓硫酸进料口，且废酸进料口和硫酸进料口交替均匀布置。
进一步，所述陈化槽4为径高比为1.6~2.0的储槽。
本发明还包扩上述系统的回收方法，具体包括以下步骤：
步骤（1）：从钛白装置来的钛白废酸通过4~6个废酸进料口进入外环流循环管12，同时93%~98%的浓硫酸通过4~6个硫酸进料口进入外环流循环管12，钛白废酸和浓硫酸的质量流量比为1:04~1.1:1；钛白废酸和浓硫酸在外环流循环管12的上升段中混合产生稀释热，并得到混酸，且混酸中硫酸浓度为60%~61%，混酸温度为87~89℃；
步骤（2）：循环水通过循环上水管进入大气冷凝器3内，大气冷凝器3内通过循环水喷淋形成真空状态，
混酸在蒸发室1中在步骤1稀释热的作用下，通过蒸发水使得混酸浓度提高1~2.5%、温度降低2~3℃，得到浓缩酸，并通过调节循环上水管的进水量控制蒸发室1的压力为12~15KPaA；
步骤（3）：浓缩酸从蒸发室1的底部锥体自流进入陈化槽4，浓缩酸在陈化槽4中存储时间为6~8个小时，自然冷却到65~70℃，搅拌器5的转速为100~150r/分钟；在陈化槽4内，浓缩酸中4%~7%硫酸亚铁形成更大颗粒的一水硫酸亚铁，并慢慢结晶析出，得到陈化混酸；
步骤（4）：陈化混酸通过陈化槽泵6输送至沉降槽分布器13并进入沉降槽7，在沉降槽7内陈化混酸沉降时间为10~12个小时，并自然冷却到45~50℃，此时陈化混酸中4%~7%一水硫酸亚铁晶体结晶析出，使得沉降槽上部澄清液中的硫酸亚铁溶解度降低至0.4~0.6%以下，使得沉降槽7内液体出现分层，且中上层为澄清液、下层为稠浆，澄清液中硫酸浓度达到63%~65%，将澄清液通过澄清液泵11输送至钛白装置作为原料使用，稠浆中一水硫酸亚铁浓度达到25%~30%，将稠浆通过刮泥机9收集至集泥槽14内，并通过压滤机给料泵8同时输送至每台压滤机10中进行分离；
步骤（5）：稠浆液通过压滤机10压滤分离出一水硫酸亚铁滤饼和含硫酸浓度为63%~65%的滤液；一水硫酸亚铁滤饼通过皮带外送堆存，滤液通过管道返回至沉降槽分布器13；使得一水硫酸亚铁滤饼含湿控制在40%~45%，湿相中硫酸含量为30%~33%。
进一步，步骤（5）中，每台所述压滤机10通过管道接通钛白装置的废酸出口，
使得一水硫酸亚铁滤饼经过钛白废酸的洗涤得到洗涤液，洗涤液和钛白废酸混合后通过4~6个废酸进料口进入外环流循环管12，循环步骤1~步骤6；
洗涤后的一水硫酸亚铁滤饼再次用压榨水进行挤压过滤，得到的压榨水可重复使用；
压榨后得到的压榨滤饼再用压缩空气进行吹干得到干滤饼，且干滤饼的含湿量为40%~45%，干滤饼的湿相中硫酸含量为30%~33%。
本发明的创新点如下：
本发明根据一水硫酸亚铁在50℃时在65%的硫酸中溶解度最小的原理，将硫酸法钛白装置排放的钛白废酸与98%浓硫酸混合来达到除去硫酸亚铁的目的，与现有的废水处理技术相比，本发明的有益效果是：
（1）利用钛白废酸和浓硫酸混合过程中产生稀释热和蒸发室的真空来蒸发掉混酸中的一部分水，使混酸浓缩的同时降温；混酸后的硫酸溶液进入陈化槽，通过自然冷却，使得硫酸亚铁变成一水硫酸亚铁结晶析出；陈化后的混酸进入沉降槽，通过再次地自然冷却让硫酸亚铁晶体沉降，并通过刮泥机的沉降槽耙将硫酸亚铁提浓，变成稠浆液；经沉降后沉降槽下部的稠浆液通过泵打到压滤机进行固液分离，液体循环进入沉降槽内，沉降槽中上部的澄清液中硫酸浓度达到63%~65%；通过上述操作，将钛白装置排放的废酸中硫酸亚铁的含量由6%-7%降低到0.2%，实现了废硫酸的再利用，硫酸亚铁的提质，实现钛白装置清洁生产的目的，达到资源的综合利用。
（2）本发明利用的原料废酸是所有的硫酸法钛白装置都会排放的钛白废酸，而且硫酸法钛白装置还需要65%硫酸作为酸解工序的引发反应的原料酸，同时磷酸装置也可以使用65%硫酸与浓硫酸配合作为磷酸反应原料使用，因此本发明得到的沉降槽中上部的澄清液中硫酸浓度达到63%~65%，可以做到资源循环利用。
（3）本发明用于现有的硫酸法钛白装置中钛白废酸的处理中，减少了工厂的废酸处理费用，同时根据实现了硫酸资源的再利用，符合国家循环经济的发H2SO4展理念，能降低1.48t H2SO4/t钛白的原料成本，提高工厂经济效益。
附图说明
图1为本发明混酸系统的系统图。
图2是硫酸亚铁在不同浓度和温度的硫酸中的溶解度。
其中：1蒸发室、2混酸泵、3大气冷凝器、4陈化槽、5搅拌器、6陈化槽泵、7沉降槽、8压滤机给料泵、9刮泥机、10压滤机、11澄清液泵、12外环流循环管、13沉降槽分布器、14集泥槽。
实施例1
一种用于去除钛白废酸中硫酸亚铁的混酸系统，包括混酸器、陈化槽4、沉降槽7和两台并联的压滤机10；所述陈化槽4内设有搅拌器5，所述沉降槽7内设有刮泥机9，刮泥机9将沉降槽7中的泥浆聚积在沉降槽7底部的集泥槽14内；
所述混酸器包括直立的蒸发室1、外环流循环管12和混酸泵2，外环流循环管12下降段的上游和蒸发室1底端接通，外环流循环管12上升段的下游和蒸发室1中部接通；
废酸进口和硫酸进口分别和外环流循环管12上升段接通；
所述蒸发室1的顶端通过管道连通大气冷凝器3，蒸发室1的底部锥体通过管道连通陈化槽4进料口，陈化槽4底部通过陈化槽泵6管道连通沉降槽分布器13的上部进料口；
所述沉降槽分布器13为细长的圆柱体形，且竖直布置在沉降槽7内，沉降槽7底部的集泥槽14通过压滤机给料泵8管道连通每台压滤机10进料口；
每台所述压滤机10出液口通过管道连通沉降槽分布器13的上部进料口，沉降槽7的中上部分别开设有出液口，每个出液口通过澄清液泵11管道连通钛白装置；
系统工作时，93%~98%的浓硫酸和钛白废酸通过混酸器混合，并依次经陈化槽4和沉降槽7，自然冷却至45~50℃，一水硫酸亚铁晶体结晶析出，使得沉降槽7中上部的澄清液中硫酸浓度达到63%~65%，并通过中上部的出液口管道输送至钛白装置。
所述大气冷凝器3为直立罐体，所述蒸发室1的顶部和大气冷凝器3的下部通过管道连通，大气冷凝器3的上部接通循环上水管，使得喷淋水直接和所述蒸发室1产生的二次蒸汽接触，并通过将二次蒸汽冷凝造成所述混酸器内的真空状态，大气冷凝器3底部接通循环回水管。
所述沉降槽分布器13底部封闭、上部设有斜插型的进料口，沉降槽分布器13的中部沿着同一径向上均匀开设有轴向长条孔。
所述外环流循环管12的上升段和下降段通过水平段连通，且在水平段上设有混酸泵2，上升段上开设有4~6个废酸进料口和4~6个浓硫酸进料口，且废酸进料口和硫酸进料口交替均匀布置。
所述陈化槽4为径高比为1.6~2.0的储槽；每台所述压滤机10的过滤面积均为120m2。
实施例2
用上述系统处理年产10万吨硫酸法钛白装置一洗排放的钛白废酸，钛白废酸的量为71.5t/h，含H2SO4为25%，则H2SO4的量为18010kg/h；含硫酸亚铁6.12%，则FeSO4的量为4374kg/h，为了使得混酸浓度为60%，根据计算需要加入98%硫酸量为65860kg/h。
具体包括以下操作步骤：
步骤（1）：从钛白装置来的钛白废酸通过4~6个废酸进料口进入外环流循环管12，同时98%的浓硫酸通过4~6个硫酸进料口进入外环流循环管12，钛白废酸和浓硫酸的质量流量比为1.1:1；钛白废酸和浓硫酸在外环流循环管12的上升段中混合产生稀释热，并得到混酸，且混酸中硫酸浓度为60%~61%，混酸温度为87~89℃。
步骤（2）：循环水通过循环上水管进入大气冷凝器3内，大气冷凝器3内循环水喷淋直接与蒸发室1产生的二次蒸汽接触，通过将二次蒸汽冷凝使得混酸器内产生真空，混酸在蒸发室1中在步骤1稀释热的作用下，通过蒸发水使得混酸浓度提高1~2.5%、温度降低2~3℃，得到浓缩酸，通过调节循环上水量，使蒸发室1的真空度维持在12KPaA，此时蒸发室1的温度为85℃。
步骤（3）：浓缩酸从蒸发室1的底部锥体自流进入陈化槽4，浓缩酸在陈化槽4中存储时间为6小时，陈化槽径高比为1.6，搅拌器5的转速为100~150r/分钟，浓缩酸自然冷却到70℃，此时硫酸亚铁的溶解度为1%左右，浓缩酸中4%~7%硫酸亚铁形成更大颗粒的一水硫酸亚铁，并慢慢结晶析出，得到陈化混酸。
步骤（4）：陈化混酸通过陈化槽泵6输送至沉降槽分布器13并进入沉降槽7，在沉降槽7内陈化混酸沉降时间为12个小时，并自然冷却到50℃，此时陈化混酸中4%~7%一水硫酸亚铁晶体结晶析出，析出量约为4650kg/h；使得沉降槽上部澄清液中的硫酸亚铁溶解度降低至0.4~0.6%以下，沉降槽7内液体出现分层，且中上层为澄清液、下层为稠浆，澄清液中硫酸浓度达到63%~65%，将澄清液通过澄清液泵11输送至钛白装置作为原料使用，稠浆中一水硫酸亚铁浓度达到25%~30%，将稠浆通过刮泥机9收集至集泥槽14内，并通过压滤机给料泵8同时输送至每台压滤机10中进行固液分离。
步骤（5）：稠浆液通过2台并联的压滤机10压滤分离出一水硫酸亚铁滤饼和含硫酸浓度为63%~65%的滤液；一水硫酸亚铁滤饼通过皮带外送堆存，滤液通过管道返回至沉降槽分布器13。
为了降低一水硫酸亚铁滤饼总硫酸的含量，步骤（5）中，每台所述压滤机10通过管道接通钛白装置的废酸出口，使得一水硫酸亚铁滤饼经过钛白废酸的洗涤得到洗涤液，洗涤液和钛白废酸混合后通过4~6个废酸进料口进入外环流循环管12，循环步骤（1）~步骤（5）；洗涤后的一水硫酸亚铁滤饼再次用压榨水进行挤压过滤，得到的压榨水可重复使用；压榨后得到的压榨滤饼再用压缩空气进行吹干得到干滤饼，且干滤饼的含湿量为40%~45%，干滤饼的湿相中硫酸含量为30%~33%。
Claims (7)
1.一种用于去除钛白废酸中硫酸亚铁的混酸系统，其特征在于：包括混酸器、陈化槽（4）、沉降槽（7）和两台以上并联的压滤机（10）；所述陈化槽（4）内设有搅拌器（5），所述沉降槽（7）内设有刮泥机（9），刮泥机（9）将沉降槽（7）中的泥浆聚积在沉降槽（7）底部的集泥槽（14）内；
所述混酸器包括直立的蒸发室（1）、外环流循环管（12）和混酸泵（2），外环流循环管（12）下降段的上游和蒸发室（1）底端接通，外环流循环管（12）上升段的下游和蒸发室（1）中部接通；
废酸进口和硫酸进口分别和外环流循环管（12）上升段接通；
所述蒸发室（1）的顶端通过管道连通大气冷凝器（3），蒸发室（1）的底部锥体通过管道连通陈化槽（4）进料口，陈化槽（4）底部通过陈化槽泵（6）管道连通沉降槽分布器（13）的上部进料口；
所述沉降槽分布器（13）为细长的圆柱体形，且竖直布置在沉降槽（7）内，沉降槽（7）底部的集泥槽（14）通过压滤机给料泵（8）管道连通每台压滤机（10）进料口；
每台所述压滤机（10）出液口通过管道连通沉降槽分布器（13）的上部进料口，沉降槽（7）的中上部分别开设有出液口，每个出液口通过澄清液泵（11）管道连通钛白装置；
系统工作时，93%~98%的浓硫酸和钛白废酸通过混酸器混合，并依次经陈化槽（4）和沉降槽（7），自然冷却至45~50℃，一水硫酸亚铁晶体结晶析出，使得沉降槽（7）中上部的澄清液中硫酸浓度达到63%~65%，并通过中上部的出液口管道输送至钛白装置。
2.根据权利要求1所述一种用于去除钛白废酸中硫酸亚铁的混酸系统，其特征在于：所述大气冷凝器（3）为直立罐体，所述蒸发室（1）的顶部和大气冷凝器（3）的下部通过管道连通，大气冷凝器（3）的上部接通循环上水管，使得喷淋水直接和所述蒸发室（1）产生的二次蒸汽接触，并通过将二次蒸汽冷凝造成所述混酸器内的真空状态，大气冷凝器（3）底部接通循环回水管。
3.根据权利要求1所述一种用于去除钛白废酸中硫酸亚铁的混酸系统，其特征在于：所述沉降槽分布器（13）底部封闭、上部设有斜插型的进料口，沉降槽分布器（13）的中部沿着同一径向上均匀开设有轴向长条孔。
4.根据权利要求1所述一种用于去除钛白废酸中硫酸亚铁的混酸系统，其特征在于：所述外环流循环管（12）的上升段和下降段通过水平段连通，且在水平段上设有混酸泵（2），上升段上开设有4~6个废酸进料口和4~6个浓硫酸进料口，且废酸进料口和硫酸进料口交替均匀布置。
5.根据权利要求1所述一种用于去除钛白废酸中硫酸亚铁的混酸系统，其特征在于：所述陈化槽（4）为径高比为1.6~2.0的储槽。
6.根据权利要求1~5任一权利要求所述系统的方法，其特征在于：
具体包括以下操作步骤：
步骤（1）：从钛白装置来的钛白废酸通过4~6个废酸进料口进入外环流循环管（12），同时93%~98%的浓硫酸通过4~6个硫酸进料口进入外环流循环管（12），钛白废酸和浓硫酸的质量流量比为1:04~1.1:1；钛白废酸和浓硫酸在外环流循环管（12）的上升段中混合产生稀释热，并得到混酸，且混酸中硫酸浓度为60%~61%，混酸温度为87~89℃；
步骤（2）：循环水通过循环上水管进入大气冷凝器（3）内，大气冷凝器（3）内通过循环水喷淋形成真空状态，
混酸在蒸发室（1）中在步骤（1）稀释热的作用下，通过蒸发水使得混酸浓度提高1~2.5%、温度降低2~3℃，得到浓缩酸，并通过调节循环上水管的进水量控制蒸发室（1）的压力为12~15KPaA；
步骤（3）：浓缩酸从蒸发室（1）的底部锥体自流进入陈化槽（4），浓缩酸在陈化槽（4）中存储时间为6~8个小时，自然冷却到65~70℃，搅拌器（5）的转速为100~150r/分钟；在陈化槽（4）内，浓缩酸中4%~7%硫酸亚铁形成更大颗粒的一水硫酸亚铁，并慢慢结晶析出，得到陈化混酸；
步骤（4）：陈化混酸通过陈化槽泵（6）输送至沉降槽分布器（13）并进入沉降槽（7），在沉降槽（7）内陈化混酸沉降时间为10~12个小时，并自然冷却到45~50℃，此时陈化混酸中4%~7%一水硫酸亚铁晶体结晶析出，使得沉降槽上部澄清液中的硫酸亚铁溶解度降低至0.4~0.6%以下，使得沉降槽（7）内液体出现分层，且中上层为澄清液、下层为稠浆，澄清液中硫酸浓度达到63%~65%，将澄清液通过澄清液泵（11）输送至钛白装置作为原料使用，稠浆中一水硫酸亚铁浓度达到25%~30%，将稠浆通过刮泥机（9）收集至集泥槽（14）内，并通过压滤机给料泵（8）同时输送至每台压滤机（10）中进行分离；
步骤（5）：稠浆液通过压滤机（10）压滤分离出一水硫酸亚铁滤饼和含硫酸浓度为63%~65%的滤液；一水硫酸亚铁滤饼通过皮带外送堆存，滤液通过管道返回至沉降槽分布器（13）；使得一水硫酸亚铁滤饼含湿控制在40%~45%，湿相中硫酸含量为30%~33%。
7.根据权利要求6所述一种用于去除钛白废酸中硫酸亚铁的混酸系统的回收方法，其特征在于：步骤（5）中，每台所述压滤机（10）通过管道接通钛白装置的废酸出口，
使得一水硫酸亚铁滤饼经过钛白废酸的洗涤得到洗涤液，洗涤液和钛白废酸混合后通过4~6个废酸进料口进入外环流循环管（12），循环步骤（1）~步骤（5）；
洗涤后的一水硫酸亚铁滤饼再次用压榨水进行挤压过滤，得到的压榨水可重复使用；
压榨后得到的压榨滤饼再用压缩空气进行吹干得到干滤饼，且干滤饼的含湿量为40%~45%，干滤饼的湿相中硫酸含量为30%~33%。
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