新型螺旋卸料沉降-過濾離心機在鈦白行業(yè)的應(yīng)用

周均生

（上海英千分離機械有限公司，上海 201321）

目前，國內(nèi)外鈦白粉的生產(chǎn)工藝主要為硫酸法和氯化法，其中硫酸法鈦白粉在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品硫酸亞鐵與黑鈦液的分離技術(shù)，在整個工藝流程中占有極其重要的地位。在該法生產(chǎn)過程中，通常采用冷凍結(jié)晶法和真空結(jié)晶法得到硫酸亞鐵結(jié)晶，經(jīng)過結(jié)晶后的鈦液中，硫酸亞鐵以七水硫酸亞鐵的形式存在。冷凍結(jié)晶法是利用冷凍機制冷系統(tǒng)將鹽水冷卻作為載冷劑，通過黑鈦液冷凍罐內(nèi)紫銅（鈦材）盤管，間接使鈦液溫度在攪拌狀態(tài)下不斷下降，使硫酸亞鐵達到過飽和而結(jié)晶析出。冷凍結(jié)晶法降溫速度較慢，晶體成長時間長，攪拌強度低，所得到的硫酸亞鐵顆粒粒徑能達到0.2～0.6 mm，甚至更大；真空結(jié)晶法以蒸汽為動力，將其通過蒸汽噴射嘴高速噴出，從而使結(jié)晶罐產(chǎn)生真空，黑鈦液在真空狀態(tài)下蒸發(fā)，溫度降低，隨著結(jié)晶罐內(nèi)真空度的提高，黑鈦液溫度不斷下降，從而使硫酸亞鐵達到過飽和而結(jié)晶析出。真空結(jié)晶法降溫速度快，晶體成長時間短，攪拌強度劇烈，所得到的硫酸亞鐵顆粒粒度較小，一般為 0.08～0.2 mm。

1 國內(nèi)外鈦白粉行業(yè)分離設(shè)備的使用情況

目前國內(nèi)外鈦白粉生產(chǎn)中硫酸亞鐵與黑鈦液的分離設(shè)備主要有：真空抽濾機、真空圓盤過濾機、活塞推料離心機、虹吸式刮刀卸料離心機等。

1.1 真空抽濾機

真空抽濾機是以真空負壓為推動力實現(xiàn)固液分離的設(shè)備，分為間歇操作和連續(xù)操作2種。前者可過濾各種濃度的懸浮液，后者適于過濾含固體顆粒較多的稠厚懸浮液。但真空抽濾機因占地面積大、真空能耗多、勞動力強度大、耗用洗滌水多、后續(xù)濃縮的負擔(dān)大、無法實現(xiàn)連續(xù)操作等缺點正逐漸被業(yè)界淘汰。

1.2 真空圓盤過濾機

鈦白粉行業(yè)使用真空圓盤過濾機為水平式，屬于連續(xù)真空過濾設(shè)備，目前得到廣泛的應(yīng)用。真空圓盤過濾機的缺點主要是分離池中硫酸亞鐵料層很厚，必須要用大量的洗滌水才可以，大大降低了分離后鈦液的濃度，使后續(xù)濃縮的負擔(dān)加大；而且設(shè)備占地面積較大，安裝精度要求高，在生產(chǎn)操作控制上，如果操作不規(guī)范時極易引起硫酸亞鐵殘鈦量的升高，影響收率，造成很大的浪費。并且真空圓盤過濾機屬于敞開式設(shè)備，而懸浮液是含硫酸根的酸性物質(zhì)，氣霧對工作場所的污染程度很高，極大危害著操作工的身體健康。

1.3 臥式活塞推料離心機

臥式活塞推料離心機是連續(xù)進料、脈沖式卸料的離心機，該設(shè)備對懸浮液的濃度變化很敏感，要求懸浮液中固體質(zhì)量分數(shù)應(yīng)大于30%，最好控制在40%～60%，因此使用時需要在前面增設(shè)一個增稠器，以提高鈦液的固體含量，另外運行機器后細小顆粒的跑料比較多。目前，該設(shè)備主要用于冷凍結(jié)晶法硫酸亞鐵的分離，還不適用于真空結(jié)晶法生產(chǎn)的硫酸亞鐵。

1.4 虹吸式刮刀卸料離心機

虹吸式刮刀卸料離心機在硫酸亞鐵的分離中，由于虹吸口、刮刀都和物料作逆向相對運動，因此磨損非常厲害，尤其是當(dāng)鈦礦中含硫量高時，酸性腐蝕嚴重，對虹吸口、刮刀的材質(zhì)要求就非常高，導(dǎo)致運行費用較高；另外當(dāng)物料性能有變化時，硫酸亞鐵的脫水性波動就較大，脫液效果不好，離心機震動較大，維修成本較高。

2 新型LWLC450×1250螺旋卸料沉降-過濾離心機的開發(fā)

根據(jù)結(jié)晶物料的特性和國內(nèi)外離心機的使用情況，開發(fā)了新型LWLC450×1250螺旋卸料沉降-過濾離心機（簡稱“新型離心機”），以提高硫酸亞鐵中殘鈦的回收、降低后續(xù)鈦液濃縮蒸汽消耗、改善工作環(huán)境、降低勞動強度。

2.1 新型離心機基本結(jié)構(gòu)和工作原理（見圖1）

新型離心機的工作原理：啟動主、副電機后，轉(zhuǎn)鼓和螺旋體構(gòu)成的回轉(zhuǎn)體穩(wěn)步升速，并達到額定轉(zhuǎn)速r1和r2，由于差速器的作用，使螺旋產(chǎn)生一個超前轉(zhuǎn)鼓的穩(wěn)定差轉(zhuǎn)速△r，以實現(xiàn)螺旋卸料功能，懸浮液通過進料管連續(xù)進入螺旋體加速斗內(nèi)加速，因強大離心力的作用，物料均勻地分布在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)腔，密度大的物料貼在轉(zhuǎn)鼓壁上（外層），密度越小的物料則趨向聚集在中間部分（內(nèi)層），形成二相或多相的分層。此時，固相經(jīng)過螺旋葉片推動至過濾段轉(zhuǎn)鼓處進行二次離心脫水，固體從固相出口處排出機外，分離后的清液在沉降段從第一液相出口排出機外，在過濾段經(jīng)濾網(wǎng)孔隙從第二液相出口排出機外，完成整個脫水過程；但固相細小顆粒還會通過篩網(wǎng)縫隙進入第二液相中，由管道進入上游冷凍結(jié)晶后，再進入離心機分離，解決了固相漏料的問題；同時為了解決物料的洗滌問題，還設(shè)計了一種復(fù)合洗滌進料結(jié)構(gòu)，使固相中殘留的有效成分大大降低。

圖1 新型離心機結(jié)構(gòu)圖

離心機自動控制系統(tǒng)采用PLC電氣控制，其中雙變頻調(diào)速采用共直流母線接線法，使副電動機再生的能量反饋給主變頻器被主電動機利用，從而實現(xiàn)了機器的節(jié)能，電耗至少節(jié)約30%。

2.2 新型離心機實際應(yīng)用情況

采用新型離心機，對山東東佳集團鈦白粉生產(chǎn)過程中的硫酸亞鐵與黑鈦液進行分離，分離后質(zhì)量指標(biāo)取樣見表1。

表1 新型離心機取樣指標(biāo)

新型離心機與18 m2真空圓盤過濾機各項指標(biāo)比較見表2。

表2 新型離心機與18m2真空圓盤過濾機參數(shù)與分離指標(biāo)對比

由表2可見，新型離心機分離后的混合液相總鈦含量要比真空圓盤過濾機高11.7 g/L。按工藝0.78蒸發(fā)系數(shù)計算，折算成1 t純鈦濃縮蒸汽消耗降低了0.6252 t，按蒸汽180元/t計算，則同等條件下蒸汽消耗可節(jié)約112.54元。

由表2可見，分離后的硫酸亞鐵中鈦的質(zhì)量分數(shù)比真空圓盤過濾機低0.39%。按1 t純鈦產(chǎn)硫酸亞鐵2.3 t計，則生產(chǎn)1 t純鈦可以多回收8.97 kg純鈦；再按純鈦10500元/t計算，則同等條件下可增加收入94.185元。

根據(jù)實際處理量計算耗電情況：生產(chǎn)1 t純鈦，真空圓盤過濾機能耗為34.6 kW·h，而新型離心機采用雙變頻共直流母線調(diào)速系統(tǒng)，能耗為22.137 kW·h，可節(jié)約能耗 12.463 kW·h。如果按照企業(yè)電價0.7元/（kW·h）計，則生產(chǎn)1 t純鈦可節(jié)約電費8.72元。

此外，新型離心機還采用了復(fù)合洗滌進料結(jié)構(gòu)，使物料洗滌比較充分，大大減少了洗滌水的用量。

3 結(jié)論

根據(jù)上述應(yīng)用效果分析，僅從硫酸亞鐵中鈦液的回收、鈦液濃縮所需蒸汽的消耗及電耗方面，采用LWLC4502×1250螺旋卸料沉降-過濾離心機生產(chǎn)1 t純鈦，可為企業(yè)創(chuàng)效益約為215.45元。目前1臺新型離心機可滿足年產(chǎn)1萬t純鈦的需要，即可創(chuàng)造效益約為215.45萬元/a。并且該設(shè)備具有可連續(xù)進料、自動卸料、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、操作維修方便等特點，有利于在鈦白行業(yè)中推廣使用。

［1］龔家竹.鈦白粉生產(chǎn)工藝技術(shù)進展［J］ .無機鹽工業(yè)，2003，35（6）：5-7.

［2］張益都.硫酸法鈦白粉生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［3］施震榮.工業(yè)離心機選用手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.