固液分離在硫酸法鈦白粉生產(chǎn)中的應(yīng)用

龔家竹

（成都千礪金科技創(chuàng)新有限公司)

過濾與分離

固液分離在硫酸法鈦白粉生產(chǎn)中的應(yīng)用

龔家竹*

（成都千礪金科技創(chuàng)新有限公司)

分析了硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝中所進(jìn)行的眾多的固液分離工序及其相應(yīng)的設(shè)備，并就如何提高生產(chǎn)裝置的技術(shù)水平提出見解。

固液分離 鈦白粉 粉碎 沉降 過濾 過濾機(jī)

0 概述

過去由于社會(huì)歷史和經(jīng)濟(jì)的諸多原因，中國(guó)鈦白粉生產(chǎn)與技術(shù)的發(fā)展十分緩慢，直至20世紀(jì)90年代末，包含引進(jìn)東歐的三套硫酸法生產(chǎn)裝置，年產(chǎn)量還不到20萬t，而且還是以普通銳態(tài)型產(chǎn)品為主。進(jìn)入21世紀(jì)，從2001年到現(xiàn)在的10年中，我國(guó)鈦白粉行業(yè)猶如雨后春筍，蓬勃發(fā)展。今天中國(guó)大陸的鈦白粉生產(chǎn)裝置已達(dá)250萬t的生產(chǎn)規(guī)模。盡管如此，因?qū)α蛩岱ㄉa(chǎn)工藝原理、化工單元設(shè)備、生產(chǎn)控制、自動(dòng)化水平的認(rèn)識(shí)不到位，所帶來的產(chǎn)品質(zhì)量與環(huán)保問題還沒有真正的解決；所以這一產(chǎn)業(yè)被國(guó)家列入 “兩高一資一過”的產(chǎn)業(yè)，行業(yè)內(nèi)幾大有能力的公司也因此而 “上市”受阻。為此，有必要對(duì)鈦白粉生產(chǎn)技術(shù)，尤其是其中的固液分離技術(shù)進(jìn)行分析、討論。

硫酸法鈦白粉的生產(chǎn)可概括為：

四大關(guān)鍵，即酸解、水解、煅燒、后處理；

三大靈魂，即固液分離、晶相控制、分散與解聚；

二大命根，即質(zhì)量、環(huán)保；

一個(gè)核心，即規(guī)模。

為什么說固液分離是硫酸法鈦白粉生產(chǎn)技術(shù)的三大靈魂之一呢？因?yàn)殁伆追鄣纳a(chǎn)，不同于一般的普通無機(jī)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，除了化學(xué)組成與含量外，它是一個(gè)材料學(xué)意義上的產(chǎn)品；不僅要有光學(xué)上的顏色、遮蓋力或消色力，更要有材料學(xué)上的粒度分布、形貌、耐侯性 （抗光催化）、分散性等等。硫酸法鈦白粉的生產(chǎn)工藝流程冗長(zhǎng)，采用的化工單元操作眾多，尤其是固液分離次數(shù)很多。如果將所有的主輔分離次數(shù)統(tǒng)計(jì)在內(nèi)，共有26道分離工序，有沉降、稠厚、真空過濾、壓濾、離心分離等，五花八門，應(yīng)有盡有。在生產(chǎn)效率、成本和產(chǎn)品質(zhì)量上，固液分離工序起著十分重要的作用。所以，筆者將其視為三大靈魂之首?？梢哉f，只要真正掌握并駕御了生產(chǎn)中的固液分離技術(shù)，趕上和超過歐洲同行的產(chǎn)品和技術(shù)水平將指日可待。

1 硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝流程分析

硫酸法鈦白粉生產(chǎn)代表性工藝流程見圖1。

該流程為過去西方經(jīng)典的硫酸法鈦白粉生產(chǎn)流程。現(xiàn)今由于工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，包括節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、溫室氣體帶來的低碳要求等方面，以及裝備效率和裝備材質(zhì)的進(jìn)步，甚至一些化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)理論的進(jìn)步或數(shù)學(xué)模型的建立，使得流程發(fā)生了相應(yīng)的變化。盡管從表面上看流程變化不大，但生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化了，設(shè)備效率提高了，工藝流程整體上有了巨大的優(yōu)化與進(jìn)步。

下面以固液分離為主線，對(duì)該流程作簡(jiǎn)要敘述（所作的敘述中括號(hào)內(nèi)數(shù)字為固液分離的序數(shù)號(hào)）。

酸解：鈦礦經(jīng)過磨細(xì)后與硫酸反應(yīng)進(jìn)行酸解、還原，進(jìn)入鈦液沉降槽進(jìn)行沉清 （1），液體送入結(jié)晶器；稠漿進(jìn)壓濾機(jī)分離（2）固體濾餅。從結(jié)晶器結(jié)晶的料漿進(jìn)入離心機(jī)分離（3）七水硫酸亞鐵，液體再經(jīng)加熱后進(jìn)入預(yù)涂層壓濾機(jī)進(jìn)行控制過濾（4），分離液體中細(xì)微的固相雜質(zhì)，制得合格的稀鈦液。

水解：凈化好的液體進(jìn)行濃縮并水解沉淀出偏鈦酸料漿，然后進(jìn)行固液分離 （5），分離設(shè)備可以是真空摩爾過濾機(jī)、帶洗滌的壓濾機(jī)，或兩者兼容的管式過濾機(jī)等；濾液再進(jìn)行沉降 （6）和稠厚（7），回收濾液中的固相物；濾餅再進(jìn)行洗滌，洗液也進(jìn)行沉降 （8）和稠厚 （9）；所回收的稠漿返回過濾機(jī)。濾液為20%左右的稀硫酸，送廢酸回收工序；洗液送污水處理站。經(jīng)過洗滌的濾餅進(jìn)行打漿，送入漂白罐中，然后加入硫酸和鋁粉或制備的三價(jià)鈦溶液對(duì)料漿進(jìn)行漂白，即將其中的所有金屬離子還原或控制為低價(jià)態(tài)的離子，便于進(jìn)一步除去。漂白后的漿料進(jìn)行過濾洗滌 （10），過濾設(shè)備可以是真空摩爾過濾機(jī)、帶洗滌的壓濾機(jī)，或兩者兼容的管式過濾機(jī)等；濾液再進(jìn)行沉降 （11）和稠厚 （12），回收濾液中的固相物；濾餅再進(jìn)行洗滌，洗液也進(jìn)行沉降 （13）和稠厚 （14）；所回收的稠漿返回過濾機(jī)。濾液為3%～5%左右的稀硫酸，送污水處理站；洗液送水復(fù)用回收工序。

煅燒：經(jīng)過洗滌的濾餅進(jìn)行打漿，送入鹽處理罐中，加入由磷、鉀、鋅、鋁等鹽類組成的試劑，然后再進(jìn)過濾機(jī) （15）進(jìn)行脫水，此處過濾采用摩爾過濾機(jī)、轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)、壓濾機(jī)等進(jìn)行分離。濾餅送入回轉(zhuǎn)窯煅燒生產(chǎn)銳態(tài)或金紅石初品，濾液進(jìn)行沉降 （16）和稠厚 （17）；所回收的稠漿返回過濾機(jī)，返回鹽處理罐。煅燒尾氣因含有小量的二氧化鈦粉塵、硫酸酸霧和具有較高的溫度，采用噴淋降溫和除塵，其中的二氧化鈦進(jìn)入噴淋液中，也要經(jīng)過沉降 （18）和稠厚 （19），回收其中的二氧化鈦并將其送入前面的漂洗工序。

晶種制備：為了生產(chǎn)金紅石產(chǎn)品，硫酸法鈦白粉生產(chǎn)中要在煅燒前的偏鈦酸中加入一定比例的金紅石晶種，以促進(jìn)產(chǎn)品金紅石型的轉(zhuǎn)化和得到十分優(yōu)異的金紅石初品。制備晶種是將偏鈦酸與過量氫氧化鈉反應(yīng)生成鈦酸鈉沉淀，然后再進(jìn)行固液分離并洗滌 （20），濾餅再用鹽酸進(jìn)行酸化制備出金紅石晶種。

后處理：對(duì)生產(chǎn)金紅石產(chǎn)品，為了提高鈦白粉的顏料性能，從轉(zhuǎn)窯出來的初品經(jīng)過粉碎、浸潤(rùn)分散成漿，再砂磨分散解聚后進(jìn)入包膜槽，用硅、鋁、鋯等無機(jī)氫氧化物進(jìn)行表面沉淀包膜；包膜好的漿料進(jìn)行固液分離 （21）和洗滌，分離設(shè)備有轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)、摩爾過濾機(jī)等等。濾液和洗液進(jìn)行沉降 （22）和稠厚 （23），稠漿返回過濾，洗液進(jìn)行復(fù)用后進(jìn)污水處理站。濾餅進(jìn)行干燥后進(jìn)入蒸汽粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，粉碎后的產(chǎn)品包裝入庫(kù)。

廢酸回收：在水解過濾 （5）工序，得到的濾液即為濃廢酸，在現(xiàn)代化的工廠中要求這種廢酸濃縮后回用。濃縮后其中的硫酸亞鐵在該濃度和溫度下形成固體的一水硫酸亞鐵，再經(jīng)過壓濾分離（24），濾液即為濃縮硫酸，將其返回生產(chǎn)系統(tǒng)或用作其它用途，濾餅用做其它用途或用做生產(chǎn)硫酸的原料。

污水處理：生產(chǎn)系統(tǒng)的所有污水因含有2%～5%的硫酸和硫酸亞鐵，必須經(jīng)過中和沉淀，生成硫酸鈣固體和氫氧化鐵沉淀 （謂之紅石膏），其中含有的亞鐵氫氧化物還要進(jìn)行暴氣氧化成高鐵氫氧化物，再用壓濾機(jī)進(jìn)行污泥脫水分離 （25）。也有進(jìn)行兩次中和分離 （26）回收部分白石膏，做石膏副產(chǎn)品，以減少固體廢物的堆放量。

由此可見，一個(gè)完整的硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝，包含多達(dá)26道固液分離工序。

2 固液分離主要設(shè)備

（1）沉降槽：最大的容積通常在300～400m3。過去采用改性的陽離子絮凝劑，現(xiàn)基本上采用商品絮凝劑。

（2）稠厚器：由于二氧化鈦十分細(xì)小，經(jīng)沉降后的溶液仍有少量的二氧化鈦懸浮在溶液中，靠簡(jiǎn)單的沉降處理效率低下 （如斜板沉降）。為提高固體產(chǎn)品收率，現(xiàn)普遍采用發(fā)泡聚苯烯微球吸附過濾的稠厚設(shè)備。國(guó)外也有采用管式過濾機(jī)的。

（3）轉(zhuǎn)臺(tái)真空過濾機(jī)和離心機(jī)：過濾機(jī)型號(hào)規(guī)格為HDZP-25，離心機(jī)為XZ1200-G，用于經(jīng)真空結(jié)晶后的七水硫酸亞鐵分離。

（4）真空摩爾過濾機(jī)：規(guī)格為200 m2/臺(tái)，由10～30臺(tái)組成機(jī)組，用于水解料漿、漂白料漿和包膜處理料漿的過濾與洗滌。

（5）廂式隔膜壓濾機(jī)：該機(jī)規(guī)格為200～500 m2/臺(tái)，由4～16臺(tái)組成機(jī)組，用于水解料漿、漂白料漿和包膜處理料漿的過濾與洗滌。

（6）廂式隔膜壓濾機(jī)：規(guī)格200～1000 m2/臺(tái)，用于窯前進(jìn)料的脫水，廢酸濃縮一水硫酸亞鐵的分離，污水處理站紅石膏和白石膏的過濾脫水。

（7）轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)：用于窯前進(jìn)料的脫水和后處理包膜料漿的過濾洗滌。

（8）管式真空壓濾機(jī)：用于水解料漿、漂白料漿和廢酸濃縮一水硫酸亞鐵的分離。

這些固液分離設(shè)備使用性能的優(yōu)劣，取決于工藝設(shè)計(jì)的合理性和分離工序前所獲得的物料的性能，其實(shí)質(zhì)是取決于工藝技術(shù)的先進(jìn)性。

3 固液分離的特點(diǎn)

（1）分離次數(shù)多，有多達(dá)26次分離工序；其效率與結(jié)果決定于生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)性。

（2）固體的形態(tài)多，有無定型的膠體、絮凝體，定型的晶體以及晶體與無定型的絮凝體的混合體；分離手段與分離介質(zhì)的選擇十分重要。

（3）液體的形態(tài)多，有鹽溶液、酸溶液、無機(jī)高分子溶液以及這些溶液的混合溶液。

（4）固體濃度變化大，含固量從百萬分之幾十到百分之幾十均有；分離手段與分離介質(zhì)的選擇十分重要。

（5）所獲得的分離工藝目的產(chǎn)物，有液體、固體以及固體與液體兩者的混合體，分離工藝因而相對(duì)復(fù)雜。即需要液體的工序固體為渣，需要固體的工序液體為廢棄物，需要固體和液體時(shí)，兩者均要兼顧。

（6）分離手段復(fù)雜導(dǎo)致分離介質(zhì)品種多、牌號(hào)多。合理準(zhǔn)確地選擇分離工藝，需要扎實(shí)的分離理論造詣與豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)論

硫酸法鈦白粉的生產(chǎn)工藝，固液分離的分離次數(shù)眾多，分離物料性能各異，分離手段復(fù)雜。在生產(chǎn)效率、成本和產(chǎn)品質(zhì)量上，固液分離起著十分重要的作用，是生產(chǎn)技術(shù)中三大靈魂之首。生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員，只要真正掌握并駕御了生產(chǎn)中的固液分離技術(shù)，趕上和超過歐洲同行的產(chǎn)品和技術(shù)水平指日可待。

TQ 02

2010-09-21)

* 龔家竹，男，1955年11月生，高級(jí)工程師。成都市，610041。