CN208308584U - 一种氯化钛渣滤液膜集成处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种氯化钛渣滤液膜集成处理装置，属于钛白粉化工领域。该装置包括：碱浸槽、NaOH碱液投加罐、一次陶瓷膜、板框过滤器、水洗槽、固液分离装置、二次沉淀槽、二次陶瓷膜、NaOH投加罐、Na₂CO₃投加罐、pH调节罐、酸投加罐、一次反渗透膜、一次纳滤膜、二次反渗透膜、二次纳滤膜、沉淀反应罐、硫酸钡投加罐。本实用新型装置以浓缩净化氯化钛渣滤液中的氯化钠盐水为目的，通过集成膜分离装置、调pH装置、沉淀装置，将含有重金属离子的低浓度氯化钠盐水浓缩净化为氯碱工业用高浓度淡盐水，从而对氯化法氯化钛渣彻底进行了无害化的处理，实现了工艺固体废渣处理的零排放。

Description

一种氯化钛渣滤液膜集成处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种氯化钛渣滤液膜集成处理装置，属于钛白粉化工领域。

背景技术

目前，生产二氧化钛的方法主要有硫酸法和氯化法。由于硫酸法的流程长，污染严重，产品质量差而逐步被氯化法取代。

在目前的氯化法钛白粉生产中，其主要的流程为：

a、将钛原料(如：高钛渣)与还原剂(如：石油焦)均匀混合后送入氯化炉中，通入氯气在800℃～1000℃温度下进行沸腾氯化；

b、对氯化后得到的粗制四氯化钛进行分离提纯除去镁、铁、硅和钒等杂质，得到精制四氯化钛；

c、制得的精制四氯化钛液体进行预热蒸发转化为气相，并预热至300℃～500℃；并于此同时在气相四氯化钛加入少量的晶型转化剂(如：三氯化铝)混合进入氧化炉与被预热到1300℃以上的氧气在氧化炉迅速混合，在1300℃～1800℃温度下，小于0.1秒内进行氧化反应生成固相二氧化钛；

d、然后迅速将二氧化钛固体粉末移出反应区并使反应热迅速移去；

e、将氧化炉内反应得到的氯气经过滤器分离出来返回氯化炉，同步经过滤器收集的二氧化钛颗粒粉末并打浆成液体，送后处理工序制成金红石型钛白粉成品。

氯化法钛白粉生产环节中的四氯化钛生产过程，要产生大量的废渣。废渣的来源主要是电炉熔炼生产高钛渣过程中飞扬及挥发而收集的烟尘；破碎制取成品高钛渣及氯化配料生产锤碎风选过程中产生的过细钛渣；沸腾氯化生产粗TiCl₄过程中排出的炉渣、收尘渣等。废渣中不仅包括KCl、NaCl、MgCl₂和CaCl₂，还富集了由富钛料和石油焦中带入的多种金属杂质(铝、铁、钙、镁、钾、钴、铬、锰等)，此类金属杂质在高温氯化后大部分以氯化物形式存在,铝和硅主要以氧化物形式存在,未反应的碳以单质形式存在。废渣不经过处理直接堆放将导致废渣中大量的氯化物遇水溶解，对环境造成污染。

在氯化法生产四氯化钛过程中，每生产1t四氯化钛要产生0.2吨左右固体渣，这些固体渣含有大量的氯化物，遇水溶解成含多种重金属氯化物的盐酸，简单地处理会对环境造成了严重的污染，必须去除其中的酸性、超标的重金属离子以及氯离子。

对于氯化钛渣的处理，世界上最大的氯化法钛白粉企业—美国杜邦公司，将该渣深埋。国内企业大多采用水冲洗后或石灰中和搅拌后再用水冲洗的方法，但最终结果都是形成富含重金属氧化物沉淀的石灰渣和高浓度氯化钙废水，而含重金属氧化物沉淀的石灰渣却仍然是一种有毒废渣，简单填埋或堆放容易造成环境污染，高浓度氯化钙废水则附加值不高，如果蒸发成氯化钙固体，不仅消耗大量的能量，而且剩下的废水也无法处理而白白浪费掉。目前还没有对此渣进行无害化处理或资源化利用的有效方法。

CN106044799公开了一种氯化钛渣及其滤液的处理方法，就是对氯化钛渣酸浸后，用碱中和酸浸液并洗涤，形成三次滤渣和滤液，重金属离子沉淀在滤渣，可回用于建筑材料的原料，而富含氯离子的滤液以氯化钠的方式用超滤膜预处理后，用纳滤膜进一步除去二价以上的重金属离子，而滤液回收利用于氯碱工业化盐水中。该工艺将含有大量的氯离子的固体氯化渣中的有毒物质，通过酸浸的工艺变成了含重金属氯化物的含酸废水，又将膜分离技术和中和沉淀工艺结合起来，回收含酸废水中的重金属和氯化钠，转化为可循环回用的资源原材料，工艺上比较先进。但是所用膜技术过于简单，存在着以下几个问题：一是单用纳滤膜不能浓缩盐水；纳滤膜在除去二价以上的离子性能上是有效的，但不能对单价氯离子有截留效果，因而不能对盐水有浓缩作用，直接用纳滤膜处理过的盐水不仅浓度低，而且量大，不利于所用于氯碱工艺的水平衡；二是硫酸根离子累积，在固体氯化渣中硫酸根离子含量很少，只有20～50mg/L，但从整个专利工艺看，硫酸根离子没有出路，在随纳滤浓液回到中和沉淀工艺时，硫酸根离子没有被沉淀下来，反而越积越多，在纳滤到一定程度就会和钡离子或锶离子形成重金属硫酸盐沉淀而影响膜过程；三是纳滤膜进水为碱性，这直接为纳滤过程的顺利进行埋下危险的根源，因为纳滤膜截留的是二价以上的离子，而重金属二价以上的离子会越积越多，在碱性条件下极容易产生沉淀而影响膜过程的进行，因此也需要进行处理。

实用新型内容

为了解决以上膜过程中出现的各种问题，以实现氯化钛渣滤液处理的零排放工艺，本专利工艺在CN106044799A研究结果的基础上进行改进，通过调pH和反渗透浓缩以及最后纳滤膜分离装置结合，使得最后经过浓缩净化后的盐水浓度达到了79g/L浓度，且膜过程期间无任何浑浊产生，盐水中的铝离子达到了0.1mg/L以下，达到了氯碱工业的原料要求，另外反渗透工艺的使用，提高了进氯碱工业的原料中盐水浓度，非常方便地实现氯碱工艺的水平衡，从而真正做到了将氯碱和钛白工艺的有机结合。

本实用新型的目的是提供一种利用膜分离集成技术浓缩净化氯化钛渣滤液最终成为氯碱工艺淡盐水的新技术，氯化钛渣滤液既含有高浓度的氯离子，又含有重金属离子，而氯碱用淡盐水要求的重金属离子含量很低，尤其铝离子。本专利装置将反渗透浓缩、纳滤膜除杂、硫酸根去除等装置集成起来，在浓缩富集盐水浓度的同时，进行重金属离子的除杂净化，经过这一系列工艺组合，使得最终处理后盐水浓度达到了79g/L。

氯化钛渣的处理问题，一直是一个世界性的难题，主要原因就是其中的重金属有毒物质和含酸性的氯离子存在，放在空气中很容易吸附水分而转成酸性废水，这种酸性废水不仅含重金属离子，而且大量氯离子的存在使其产生很强的腐蚀性，不加处理或简单处理就堆放或深埋，对环境会产生长远的危害。而本专利工艺在将氯化钛渣中有害物质转为液体溶解物的基础上，采样膜分离集成技术，将其中的重金属离子和氯离子分别加以回收利用，最后变成氯碱工艺用的化工淡盐水，优化了资源利用，保护了环境。

本实用新型的技术方案如下：

一种氯化钛渣滤液膜集成处理装置，包括以下装置：

pH调节罐11，用于将氯化钛渣滤液的pH调节至4～5；

酸投加罐12，用于向pH调节罐11中加酸；

一次反渗透膜13，连接于pH调节罐11，用于对pH调节罐11中的滤液进行过滤；

一次纳滤膜14，连接于一次反渗透膜13的浓缩液侧，用于对一次反渗透膜13的浓缩液进行过滤；

二次反渗透膜15，连接于一次纳滤膜14的渗透侧，用于对一次纳滤膜14的渗透液进行过滤处理；

二次纳滤膜16，连接于二次反渗透膜15的浓缩液侧，用于对二次反渗透膜15的浓缩液进行过滤处理；

上述装置还包括：

沉淀反应罐17，连接于一次纳滤膜14和二次纳滤膜16的浓缩液侧，用于对浓缩液进行沉淀法除硫酸根离子处理；

硫酸钡投加罐19，用于向沉淀反应罐17中投加硫酸钡。

过滤器18，连接于沉淀反应罐17，用于过滤去除沉淀；过滤器18的渗透侧连接于二次沉淀槽7的料液进口。

上述生产氯化钛渣滤液的装置，包括以下装置：

碱浸槽1，用于对氯化钛渣用氢氧化钠碱液浸泡；

NaOH碱液投加罐2，连接于碱浸槽1，用于向碱浸槽1投加NaOH碱液；

一次陶瓷膜3，连接于碱浸槽1，用于对碱浸槽1中的渣浆进行过滤；

板框过滤器4，连接于一次陶瓷膜3浓缩液侧，用于对一次陶瓷膜3的浓缩液进行固液分离；板框过滤器4的透过液侧连接于一次陶瓷膜3的料液进口；

二次沉淀槽7，连接于一次陶瓷膜3的渗透侧，用于对一次陶瓷膜3过滤后得到的中和滤液加入碳酸钠和氢氧化钠进行沉淀反应；

NaOH投加罐9、Na₂CO₃投加罐10，连接于二次沉淀槽7，分别用于向二次沉淀槽7中投加NaOH和Na₂CO₃；

二次陶瓷膜8，连接于二次沉淀槽7，用于对沉淀反应后的物料进行过滤，得到氯化钛渣滤液，二次陶瓷膜8的截留侧连接于固液分离装置6，二次陶瓷膜8的渗透侧连接于pH调节罐11。

上述装置还包括：水洗槽5，连接于板框过滤器4的截留侧，用于对板框过滤器4的过滤得到的中和渣进行水洗；

固液分离装置6，连接于水洗槽5，用于对水洗槽5中得到的水洗物料进行固液分离，得到水洗渣；固液分离装置6的渗透液侧连接于碱浸槽1。

有益效果

本专利以浓缩净化氯化钛渣滤液中的氯化钠盐水为目的，通过集成膜分离装置和调pH、沉淀、除硫酸根等装置，将含有重金属离子的低浓度氯化钠盐水浓缩净化为氯碱工业用高浓度淡盐水，通过该膜集成处理装置，不仅将对环境有害的氯化钛渣滤液处理成为氯碱工艺用淡盐水，实现了钛白粉工艺与氯碱工艺的完美结合；而且实现了资源的合理利用，既保护了环境又增加了效益，为氯化法生产四氯化钛工艺树立了一个环保和循环经济的典范，具有明显的先进性。

附图说明

图1是氯化钛渣滤液膜集成处理的装置；

图2是制备氯化钛渣滤液的装置；

其中：1、碱浸槽；2、NaOH碱液投加罐；3、一次陶瓷膜；4、板框过滤器；5、水洗槽；6、固液分离装置；7、二次沉淀槽；8、二次陶瓷膜；9、NaOH投加罐；10、Na₂CO₃投加罐；11、pH调节罐；12、酸投加罐；13、一次反渗透膜；14、一次纳滤膜；15、二次反渗透膜；16、二次纳滤膜；17、沉淀反应罐；18、过滤器；19、硫酸钡投加罐。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不限定于本实用新型。

上述氯化钛渣滤液膜集成处理的装置，如图1所示：包括：

pH调节罐11，用于将氯化钛渣滤液的pH调节至4～5；

酸投加罐12，用于向pH调节罐11中加酸；

一次反渗透膜13，连接于pH调节罐11，用于对pH调节罐11中的滤液进行过滤；

一次纳滤膜14，连接于一次反渗透膜13的浓缩液侧，用于对一次反渗透膜13的浓缩液进行过滤；

二次反渗透膜15，连接于一次纳滤膜14的渗透侧，用于对一次纳滤膜14的渗透液进行过滤处理；

二次纳滤膜16，连接于二次反渗透膜15的浓缩液侧，用于对二次反渗透膜15的浓缩液进行过滤处理；

还包括：

沉淀反应罐17，连接于一次纳滤膜14和二次纳滤膜16的浓缩液侧，用于对浓缩液进行沉淀法除硫酸根离子处理；

硫酸钡投加罐19，用于向沉淀反应罐17中投加硫酸钡。

还包括有：过滤器18，连接于沉淀反应罐17，用于过滤去除沉淀；过滤器18的渗透侧连接于二次沉淀槽7的料液进口。

上述生产氯化钛渣滤液的装置如图2所示：包括：

碱浸槽1，用于对氯化钛渣用氢氧化钠碱液浸泡；

NaOH碱液投加罐2，连接于碱浸槽1，用于向碱浸槽1投加NaOH碱液；

一次陶瓷膜3，连接于碱浸槽1，用于对碱浸槽1中的渣浆进行过滤；

板框过滤器4，连接于一次陶瓷膜3浓缩液侧，用于对一次陶瓷膜3的浓缩液进行固液分离；板框过滤器4的透过液侧连接于一次陶瓷膜3的料液进口；

水洗槽5，连接于板框过滤器4的截留侧，用于对板框过滤器4的过滤得到的中和渣进行水洗；

固液分离装置6，连接于水洗槽5，用于对水洗槽5中得到的水洗物料进行固液分离，得到水洗渣；固液分离装置6的渗透液侧连接于碱浸槽1；

二次沉淀槽7，连接于一次陶瓷膜3的渗透侧，用于对一次陶瓷膜3过滤后得到的中和滤液加入碳酸钠和氢氧化钠进行沉淀反应；

NaOH投加罐9、Na₂CO₃投加罐10，连接于二次沉淀槽7，分别用于向二次沉淀槽7中投加NaOH和Na₂CO₃；

二次陶瓷膜8，连接于二次沉淀槽7，用于对沉淀反应后的物料进行过滤，得到氯化钛渣滤液，二次陶瓷膜8的截留侧连接于固液分离装置6。

Claims (4)

1.一种氯化钛渣滤液膜集成处理装置，其特征在于，包括以下装置：

pH调节罐(11)，用于将氯化钛渣滤液的pH调节至4～5；

酸投加罐(12)，用于向pH调节罐(11)中加酸；

一次反渗透膜(13)，连接于pH调节罐(11)，用于对pH调节罐(11)中的滤液进行过滤；

一次纳滤膜(14)，连接于一次反渗透膜(13)的浓缩液侧，用于对一次反渗透膜(13)的浓缩液进行过滤；

二次反渗透膜(15)，连接于一次纳滤膜(14)的渗透侧，用于对一次纳滤膜(14)的渗透液进行过滤处理；

二次纳滤膜(16)，连接于二次反渗透膜(15)的浓缩液侧，用于对二次反渗透膜(15)的浓缩液进行过滤处理。

2.根据权利要求1所述的一种氯化钛渣滤液膜集成处理装置，其特征在于，沉淀反应罐(17)，连接于一次纳滤膜(14)和二次纳滤膜(16)的浓缩液侧，用于对浓缩液进行沉淀法除硫酸根离子处理；硫酸钡投加罐(19)，用于向沉淀反应罐(17)中投加硫酸钡。

3.根据权利要求1所述的一种氯化钛渣滤液膜集成处理装置，其特征在于，过滤器(18)，连接于沉淀反应罐(17)，用于过滤去除沉淀；过滤器(18)的渗透侧连接于二次沉淀槽(7)的料液进口。

4.根据根据权利要求1所述的一种氯化钛渣滤液膜集成处理装置，其特征在于，所述的氯化钛渣滤液的制备装置，包括以下：

碱浸槽(1)，用于对氯化钛渣用氢氧化钠碱液浸泡；

NaOH碱液投加罐(2)，连接于碱浸槽(1)，用于向碱浸槽(1)投加NaOH碱液；

一次陶瓷膜(3)，连接于碱浸槽(1)，用于对碱浸槽(1)中的渣浆进行过滤；板框过滤器(4)，连接于一次陶瓷膜(3)浓缩液侧，用于对一次陶瓷膜(3)的浓缩液进行固液分离；板框过滤器(4)的透过液侧连接于一次陶瓷膜(3)的料液进口；

二次沉淀槽(7)，连接于一次陶瓷膜(3)的渗透侧，用于对一次陶瓷膜(3) 过滤后得到的中和滤液加入碳酸钠和氢氧化钠进行沉淀反应；

NaOH投加罐(9)、Na₂CO₃投加罐(10)，连接于二次沉淀槽(7)，分别用于向二次沉淀槽(7)中投加NaOH和Na₂CO₃；

二次陶瓷膜(8)，连接于二次沉淀槽(7)，用于对沉淀反应后的物料进行过滤，得到氯化钛渣滤液，二次陶瓷膜(8)的截留侧连接于固液分离装置(6)。