CN220098581U - 一种用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统，包括料液结晶单元与固液分离单元，所述料液结晶单元的进口端分别连接有原料供给单元与至少一个中和剂供给单元，所述固液分离单元包括依次连接的浆料增稠装置与压滤装置，所述浆料增稠装置的进口端连接所述料液结晶单元。本实用新型利用酸性废水结晶+浆液分离增稠+高压压滤的方式进行钛石膏的减量化制备，提高了钛石膏质量，降低钛石膏产品的含水率。

Description

一种用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统

技术领域

本实用新型属于钛石膏生产技术领域，涉及一种用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统。

背景技术

钛石膏是硫酸法生产钛白中和废硫酸的副产物，呈红色或红黄色，主要成分为二水硫酸钙，且铁含量较高，主要以氢氧化铁或氢氧化亚铁形式存在，颗粒粒径较小，一般中位径＜22μm，游离水含量高达40％及以上，另含有少量其他有害杂质。目前，钛石膏主要作为废渣进行堆放，造成环境污染、资源的浪费。因其游离水含量高，导致资源化利用所需加热脱水的成本提高，且单位面积上堆积量少，占用大量土地资源，渗出的废液还会造成环境污染。

钛石膏游离水含量的多少是资源化利用的关键，机械脱水是降低游离水的直接途径。硫酸法钛白生产过程中分别产生15％～20％浓度和2％～5％浓度的两种废硫酸，其中，前者可进行浓缩，制备聚合硫酸铁等，实现综合利用，后者则直接中和，经固液分离达标后排放。然而，由于近年来硫酸价格下降，加之浓缩的经济代价较高，绝大多数企业为降低经济成本，将两种浓度的废硫酸进行混合后再中和，得到颗粒粒径小，氢氧化亚铁高的二水石膏浆液，将其压滤后得到铁含量与游离水含量较高的钛石膏，使用的压滤机最大压滤＜1MPa，但压滤后产品的游离水含量高，且能耗高。

诸多科研工作者对影响压滤后游离水的因素进行研究，如CN105461245A、CN106007428A、CN111348670A、CN105502980A、CN105498320A、CN110128039A、CN110422867A、CN105439483A与CN109179476A等专利中均是通过分段结晶废硫酸，并添加晶种的方式，增大钛石膏的颗粒粒径和纯度，以达到降低机械分离后的钛石膏游离水的效果。此外，CN105498320A通过机械压滤和加热结合的方法降低游离水含量，附加加热机制，虽能降低终含水率，但其杂质含量高于直接压滤方式，且提高了能耗。

因此，如何有效地解决钛石膏面临的环境问题，同时实现资源化利用和减量化处理，将成为钛石膏处理的重要研究方向。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统，利用酸性废水结晶+浆液分离增稠+高压压滤的方式进行钛石膏的减量化制备，提高了钛石膏品位、产品粒径及钛石膏纯度，降低钛石膏产品的含水率，解决了传统处置工艺中钛石膏的游离水高，占用大量土地，资源化可利用途径少，成本高等问题，可实现硫酸法钛白工艺整个生命周期的绿色化生产。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统，所述用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统包括料液结晶单元与固液分离单元，所述料液结晶单元的进口端分别连接有原料供给单元与至少一个中和剂供给单元，所述固液分离单元包括依次连接的浆料增稠装置与压滤装置，所述浆料增稠装置的进口端连接所述料液结晶单元。

本实用新型中原料供给单元与中和剂供给单元用于分别向料液结晶单元提供原料与中和剂，在料液结晶单元内进行原料结晶生成钛石膏，并在料液结晶单元的出口端设置固液分离单元，通过浆液分离增稠+高压压滤的协同处理方式进行钛石膏的减量化，能够有效提高钛石膏的品位，减少铁杂质的含量，并且有利于提高钛石膏白度和晶体尺寸，降低了游离水含量，实现了减量化处置，减少土地占用，同时，能够降低钛石膏资源化利用成本，缩短生产时间，提高生产产能。

需要说明的是，本实用新型中的压滤装置可以通过软硬件以及机电控制技术实现远程控制，使其压滤压力达10MPa，浆液泵出口压力0.6～1.0MPa。

还需要说明的是，本实用新型中的原料可以是用于硫酸法钛白生产的废硫酸原料，中和剂包括碳酸钙和/或氢氧化钙，依次经过料液结晶单元与固液分离单元，分别得到钛石膏与母液。

作为本实用新型一个优选技术方案，所述料液结晶单元包括晶种供给模块与至少一个反应容器，所述晶种供给模块连接所述反应容器的顶部，所述反应容器内还设置有第一搅拌组件。

需要说明的是，本实用新型中的晶种供给模块用于向反应容器提供二水石膏晶种，所述第一搅拌组件用于搅拌混合所述二水石膏晶种、原料与中和剂，以生成钛石膏。

作为本实用新型一个优选技术方案，所述反应容器的顶部分别设置有晶种进料口、第一进料口、第二进料口与气体出口，所述晶种进料口连接所述晶种供给模块，所述第一进料口连接所述原料供给单元，所述第二进料口连接所述中和剂供给单元，所述气体出口连通外界。

作为本实用新型一个优选技术方案，所述反应容器的底部分别设置有出料口与取样口，所述出料口连接所述固液分离单元。

本实用新型中所述取样口用于取出所述料液结晶单元内生成的钛石膏的样品。

作为本实用新型一个优选技术方案，所述第一搅拌组件包括桨叶搅拌器与空气鼓泡器。

作为本实用新型一个优选技术方案，所述原料供给单元包括依次连接的浓度控制模块、流量控制模块与储料容器，所述储料容器的出口端连接所述料液结晶单元。

需要说明的是，本实用新型中的浓度控制模块用于检测原料浓度，进行原料浓度调整，所述流量控制模块用于调节原料进行流量控制，精确控制废硫酸原料的添加浓度与速率，有利于降低钛石膏产品的最终含水率。本实用新型中的浓度控制模块与流量控制模块还可以分别通过软硬件以及机电控制技术实现远程控制，进行自动浓度检测与自动流量控制。

作为本实用新型一个优选技术方案，所述中和剂供给单元包括药剂质量控制模块、溶剂输送模块与配浆容器，所述配浆容器的进口端分别连接所述药剂质量控制模块与溶剂输送模块，所述配浆容器的出口端连接所述料液结晶单元。

需要说明的是，本实用新型中所述药剂质量控制模块对中和剂供给单元提供的中和剂进行质量控制，所述溶剂输送模块用于向所述配浆容器内输送溶剂，严格控制溶剂的添加速度和配比，有利于降低钛石膏产品的含水率。

作为本实用新型一个优选技术方案，所述配浆容器内还设置有第二搅拌组件。

本实用新型中所述第二搅拌组件用于搅拌混合所述中和剂与溶剂，所述第二搅拌组件包括桨叶搅拌器和/或空气鼓泡器，本领域技术人员可根据实际情况调整，实现中和剂与溶剂搅拌混匀。

本实用新型中的中和剂供给单元的数量为至少一个，包括但不限于一个、两个、三个或四个，并且中和剂供给单元可以提供一种中和剂，也可以分步提供多种中和剂，以达到不同pH调节要求。

需要说明的是，本实用新型的药剂质量控制模块用于对中和剂进行称重，实现精确控制废硫酸原料与中和剂的配比，在中和剂流入配浆容器后，溶解于溶剂输送模块提供的溶剂，再进入料液结晶单元内进行钛石膏的制备。本实用新型中的药剂质量控制模块与溶剂输送模块还可以通过软硬件以及机电控制技术实现远程控制，分别进行中和剂的自动称重，以及溶剂流量的自动控制，实现中和剂添加量的自动控制。

作为本实用新型一个优选技术方案，所述用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统还包括母液回收单元，所述母液回收单元包括母液容器，所述母液容器的进口端连接所述压滤装置，所述母液容器的出口端设置有排液管道，所述排液管道上设置有输送泵组。

作为本实用新型一个优选技术方案，所述排液管道还通过回流管道连接所述料液结晶单元，所述回流管道上设置有至少一个调节阀。

本实用新型中经固液分离的母液进入母液回收单元后，采用调节阀使得母液可以由排液管道排至下游的处理单元内进行资源化回用，也可以通过回流管道流入料液结晶单元内，参与钛石膏的制备。

所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的一种用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统，利用酸性废水结晶+浆液分离增稠+高压压滤的方式进行钛石膏的减量化制备，有效提高钛石膏的品位，减少铁杂质的含量，并且有利于提高钛石膏白度与晶体尺寸，经处理后的钛石膏的游离水含量低于20％，实现了减量化处置，减少了土地占用，能够降低钛石膏资源化利用成本，缩短生产时间，提高生产产能。

附图说明

图1为本实用新型一个具体实施方式提供的用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统的结构示意图。

其中，1-原料供给单元；11-浓度控制模块；12-流量控制模块；13-储料容器；2-中和剂供给单元；21-药剂质量控制模块；22-溶剂输送模块；23-配浆容器；24-第二搅拌组件；3-料液结晶单元；31-反应容器；32-第一搅拌组件；33-第二进料口；34-第一进料口；35-晶种进料口；36-出料口；37-取样口；38-气体出口；4-固液分离单元；41-浆料增稠装置；42-压滤装置；5-母液回收单元；51-母液容器；52-输送泵组；53-排液管道；54-回流管道。

具体实施方式

需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本领域技术人员理应了解的是，本实用新型中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本实用新型的主要实用新型点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型进行可以自行增设布局，本实用新型对此不做特殊要求和具体限定。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统，如图1所示，包括料液结晶单元3与固液分离单元4，所述料液结晶单元3用于结晶生成钛石膏，所述料液结晶单元3的进口端分别连接有原料供给单元1与至少一个中和剂供给单元2，所述原料供给单元1与中和剂供给单元2用于分别向所述料液结晶单元3提供原料与中和剂。本实用新型中的原料是指用于硫酸法钛白生产的废硫酸原料，中和剂包括碳酸钙和/或氢氧化钙，依次经过料液结晶单元3与固液分离单元4，分别得到钛石膏与母液。

所述固液分离单元4包括依次连接的浆料增稠装置41与压滤装置42，所述浆料增稠装置41的进口端连接所述料液结晶单元3，进行浆液分离增稠+高压压滤，实现钛石膏的减量化，降低钛石膏的含水量。压滤装置42可以通过软硬件以及机电控制技术实现远程控制，使其压滤压力达10MPa，浆液泵出口压力0.6～1.0MPa。

在一些实施方式中，所述料液结晶单元3包括晶种供给模块与至少一个反应容器31，所述晶种供给模块连接所述反应容器31的顶部，用于向所述反应容器31提供二水石膏晶种。所述反应容器31内设置有第一搅拌组件32，所述第一搅拌组件32用于搅拌混合所述二水石膏晶种、原料与中和剂。所述反应容器31的顶部设置有晶种进料口35，用于连接所述晶种供给模块。晶种供给模块提供的二水石膏晶种首次使用的纯度≥95％，颗粒平均粒径为15～50μm，具有长柱状、非薄片状或针状，二水石膏晶种的添加量为预生成钛石膏质量的2～16％。在后续生产中，可将本实用新型生成的优质钛石膏作为晶种投入料液结晶单元3内进行利用。所述反应容器31的顶部设置有第一进料口34，用于连接所述原料供给单元1。所述反应容器31的顶部还设置有第二进料口33，用于连接所述中和剂供给单元2。所述反应容器31的顶部还设置有连通外界的气体出口38，用于排出废气。所述反应容器31的底部分别设置有出料口36与取样口37，所述出料口36连接所述固液分离单元4，所述取样口37用于取出所述料液结晶单元3内生成的钛石膏的样品。所述第一搅拌组件32包括桨叶搅拌器与空气鼓泡器。

在一些实施方式中，所述原料供给单元1包括依次连接的浓度控制模块11、流量控制模块12与储料容器13，所述浓度控制模块11用于调节原料的浓度，所述流量控制模块12用于调整原料的流量，所述储料容器13用于容纳原料，所述储料容器13的出口端连接所述料液结晶单元3。本实用新型中的废硫酸原料依次进行浓度检测与流量控制，精确控制废硫酸原料的添加浓度与速率，有利于降低钛石膏产品的最终含水率。本实用新型中的浓度控制模块11与流量控制模块12还可以分别通过软硬件以及机电控制技术实现远程控制，进行自动浓度检测与自动流量控制。

在一些实施方式中，所述中和剂供给单元2包括药剂质量控制模块21、溶剂输送模块22与配浆容器23，所述配浆容器23的进口端分别连接所述药剂质量控制模块21与溶剂输送模块22，所述药剂质量控制模块21是根据所需添加配比(原料与中和剂配比)，对中和剂进行质量控制，精确控制中和剂的添加量。所述溶剂输送模块22用于向所述配浆容器23内输送溶剂，所述配浆容器23内还设置有第二搅拌组件24，所述第二搅拌组件24用于搅拌混合所述中和剂与溶剂形成中和剂浆料。所述第二搅拌组件24包括桨叶搅拌器和/或空气鼓泡器。所述配浆容器23的出口端连接所述料液结晶单元3，以将中和剂浆料注入反应容器31内。本实用新型中的中和剂供给单元2的数量为至少一个，包括但不限于一个、两个、三个或四个，并且中和剂供给单元2可以提供一种中和剂，也可以分步提供多种中和剂，以达到不同pH要求。本实用新型的药剂质量控制模块21用于提供固态的中和剂，并对中和剂进行称重，实现精确控制废硫酸原料与中和剂的配比，在中和剂流入配浆容器23后，溶解于溶剂输送模块22提供的溶剂，再进入料液结晶单元3内进行钛石膏的制备。本实用新型中的药剂质量控制模块21可以通过采用本领域技术人员所熟知的任何称量装置根据设定配比进行中和剂的称重。本实用新型中的药剂质量控制模块21与溶剂输送模块22还可以通过软硬件以及机电控制技术实现远程控制，分别进行中和剂的自动称重，以及溶剂流量的自动控制，实现中和剂添加量的自动控制。

在一些实施方式中，所述用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统还包括母液回收单元5，所述母液回收单元5包括母液容器51，所述母液容器51的进口端连接所述压滤装置42，所述母液容器51的出口端设置有排液管道53，所述排液管道53上设置有输送泵组52。所述排液管道53还通过回流管道54连接所述料液结晶单元3，所述回流管道54上设置有至少一个调节阀。本实用新型中经固液分离的母液进入母液回收单元5后，采用调节阀使得母液可以由排液管道53排至下游的处理单元内进行资源化回用，也可以通过回流管道54流入料液结晶单元3内，参与钛石膏的制备。

在另一个具体实施方式中，本实用新型提供了采用上述用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统的使用方法，其中，钛石膏制备装置系统的中和剂供给单元2向料液结晶单元3提供一种中和剂(碳酸钙或氢氧化钙)，使用方法具体包括：

(1)对废硫酸原料依次进行浓度检测与流量控制后送入储料容器13内，根据废硫酸原料的浓度检测结果与流量，按照设定配比，对所需的中和剂进行称重，并投入配浆容器23内，同时向配浆容器23中注入溶剂，并与中和剂均匀搅拌混合，得到中和剂浆料；

(2)分别向反应容器31内添加二水石膏晶种、储料容器13内的废硫酸原料，以及配浆容器23内的中和剂浆料，搅拌均匀生成钛石膏粗料；

(3)对钛石膏粗料依次进行增稠与高压压滤，实现固液分离，分别得到钛石膏产品与母液，将钛石膏产品进行回收，将母液排入母液回收单元5内进行资源化利用。

在另一个具体实施方式中，本实用新型提供了采用上述用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统的使用方法，其中，钛石膏制备装置系统的中和剂供给单元2依次向料液结晶单元3提供第一中和剂(碳酸钙)与第二中和剂(氢氧化钙)，其使用方法具体包括：

(1)对废硫酸原料依次进行浓度检测与流量控制后送入储料容器13内，根据废硫酸原料的浓度检测结果与流量，按照设定配比，中和剂供给单元2对所需的第一中和剂进行称重，并投入配浆容器23内，同时向配浆容器23中注入溶剂，并与第一中和剂均匀搅拌混合，得到第一中和剂浆料；

(2)分别向反应容器31内添加二水石膏晶种、储料容器13内的废硫酸原料，以及第一中和剂浆料，搅拌均匀，使得pH为1.6～2.8，进行一次反应，生成第一钛石膏粗料，对第一钛石膏粗料依次进行增稠与高压压滤，实现固液分离，分别得到钛石膏产品与母液，将钛石膏产品进行回收，将母液排入母液回收单元5内，随后回流至反应容器31内进行回用；

(3)在一次反应结束后，中和剂供给单元2对所需的第二中和剂进行称重，并投入配浆容器23内，同时向配浆容器23中注入溶剂，与第二中和剂均匀搅拌混合，得到第二中和剂浆料，并将得到第二中和剂浆料注入反应容器31内搅拌均匀，使得pH为6～9，进行二次反应，生成第二钛石膏粗料；

(4)对所述第二钛石膏粗料依次进行增稠与高压压滤，实现固液分离，分别得到钛石膏产品与母液，将钛石膏产品进行回收，可作为晶种投入到后续钛石膏的生成反应中，将母液排入母液回收单元5内进行资源化利用。

本实用新型在利用酸性废水分步结晶+浆液分离增稠+高压压滤(压滤压力10MPa)的方式对钛石膏进行减量化制备，得到的钛石膏品位、粒径及白度均大大提高，得到的钛石膏可用于制备水泥缓凝剂、建筑石膏粉、高强石膏粉或其他石膏制品，减少制备的能耗；同时，降低了钛石膏处置成本，可实现硫酸法钛白工艺整个生命周期的绿色化生产；通过精准控制中和剂的添加速度和配比，以及二水硫酸钙晶种的数量，有效减少了钛石膏的游离水含量，缩短生产时间，增加了产能。

申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统，其特征在于，所述用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统包括料液结晶单元与固液分离单元，所述料液结晶单元的进口端分别连接有原料供给单元与至少一个中和剂供给单元，所述固液分离单元包括依次连接的浆料增稠装置与压滤装置，所述浆料增稠装置的进口端连接所述料液结晶单元。

2.根据权利要求1所述的用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统，其特征在于，所述料液结晶单元包括晶种供给模块与至少一个反应容器，所述晶种供给模块连接所述反应容器的顶部，所述反应容器内还设置有第一搅拌组件。

3.根据权利要求2所述的用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统，其特征在于，所述反应容器的顶部分别设置有晶种进料口、第一进料口、第二进料口与气体出口，所述晶种进料口连接所述晶种供给模块，所述第一进料口连接所述原料供给单元，所述第二进料口连接所述中和剂供给单元，所述气体出口连通外界。

4.根据权利要求2所述的用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统，其特征在于，所述反应容器的底部分别设置有出料口与取样口，所述出料口连接所述固液分离单元。

5.根据权利要求2所述的用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统，其特征在于，所述第一搅拌组件包括桨叶搅拌器与空气鼓泡器。

6.根据权利要求1所述的用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统，其特征在于，所述原料供给单元包括依次连接的浓度控制模块、流量控制模块与储料容器，所述储料容器的出口端连接所述料液结晶单元。

7.根据权利要求1所述的用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统，其特征在于，所述中和剂供给单元包括药剂质量控制模块、溶剂输送模块与配浆容器，所述配浆容器的进口端分别连接所述药剂质量控制模块与溶剂输送模块，所述配浆容器的出口端连接所述料液结晶单元。

8.根据权利要求7所述的用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统，其特征在于，所述配浆容器内还设置有第二搅拌组件。

9.根据权利要求1所述的用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统，其特征在于，所述用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统还包括母液回收单元，所述母液回收单元包括母液容器，所述母液容器的进口端连接所述压滤装置，所述母液容器的出口端设置有排液管道，所述排液管道上设置有输送泵组。

10.根据权利要求9所述的用于硫酸法钛白生产的钛石膏制备装置系统，其特征在于，所述排液管道还通过回流管道连接所述料液结晶单元，所述回流管道上设置有至少一个调节阀。