硫酸法鈦白粉酸解預(yù)混系統(tǒng)技術(shù)改造

孫群山

（廣西西隴化工有限公司，廣西博白 537617）

酸解是硫酸法鈦白生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)之一，酸解過程直接關(guān)系到鈦液質(zhì)量及鈦的收率。酸解預(yù)混工序是酸解反應(yīng)前期的主要操作步驟，目的是將參與反應(yīng)的硫酸和鈦鐵礦粉混合，使礦粉被硫酸浸潤并均勻地分散在硫酸中。酸解預(yù)混過程直接影響酸解的效果，硫酸和鈦鐵礦粉混合效果越好，酸解反應(yīng)越充分，殘余固相物越少。若濃硫酸和鈦鐵礦粉混合不充分，則鈦鐵礦粉會在硫酸中團聚，形成致密難溶硬塊，影響酸解率。在實際生產(chǎn)過程中，因預(yù)混設(shè)施設(shè)計缺陷、DCS程序局部設(shè)置不合理或操作不當?shù)龋菀壮霈F(xiàn)預(yù)混罐內(nèi)壁和攪拌器上粘結(jié)物料，需要人工定期清理。針對上述問題，技術(shù)人員認真分析原因并采取改進措施，對酸解預(yù)混系統(tǒng)進行技術(shù)改造，取得了較好的效果。

1 硫酸法鈦白酸解工藝流程

某公司硫酸法鈦白粉酸解同時采用間歇法和連續(xù)法，連續(xù)酸解工藝流程見圖1。

圖1 連續(xù)酸解工藝流程

將計量好的濃硫酸先放入帶攪拌和冷卻夾套的鋼制酸解預(yù)混罐內(nèi)，在攪拌條件下加入計量好的鈦鐵礦粉，攪拌混合，同時冷卻夾套通入冷卻水進行冷卻（防止混合漿料溫度升高，提前發(fā)生酸解反應(yīng)），攪拌均勻后，放料至預(yù)混過渡罐，然后泵至酸解反應(yīng)器中部。酸解反應(yīng)器同時加入計量好的廢硫酸或工藝水，利用硫酸的稀釋熱引發(fā)硫酸和鈦鐵礦粉發(fā)生化學反應(yīng)，短時間內(nèi)生成可溶性硫酸鹽（硫酸鈦、硫酸氧鈦、硫酸鐵等）和多孔固相物，進入下段工序。

2 酸解預(yù)混系統(tǒng)存在的問題

自2019年投產(chǎn)以來，酸解預(yù)混系統(tǒng)主要存在以下問題：

1）預(yù)混罐內(nèi)壁粘結(jié)固相物，尤其是下礦口與硫酸液面交界點處固相物較多。

2）預(yù)混罐攪拌軸結(jié)垢，尤其是與硫酸液面交界點處結(jié)垢較多。

3）鈦鐵礦粉計量倉下料不均勻，有時下料速率過快，平均約2 t/min，導(dǎo)致硫酸和礦粉混合不充分，形成團聚物或粘壁結(jié)塊。

4）預(yù)混罐放料口、放料閥、放料管線經(jīng)常發(fā)生堵塞。

3 酸解預(yù)混系統(tǒng)改造

針對上述問題，技術(shù)人員研究每個細節(jié)，認真分析原因并采取改進措施，多次從設(shè)備、DCS控制、工藝三方面對酸解預(yù)混系統(tǒng)進行改造。

3.1 設(shè)備技術(shù)改造

1）改進預(yù)混罐攪拌形式。由槳式攪拌改為緊貼預(yù)混罐內(nèi)壁的刮刀式攪拌，并將攪拌轉(zhuǎn)速由40 r/min提高至50 r/min，同時升級攪拌電機，功率由7.5 kW改為15 kW。改造的目的是：①提高攪拌強度，使得酸礦快速混合；②及時鏟除內(nèi)壁附著的硬塊；③電機提供足夠的動力，增強特殊情況下的應(yīng)急處理能力。

2）改進預(yù)混罐進酸口的位置和角度，使其對準液面攪拌軸位置。利用進料的硫酸沖洗攪拌軸上吸附的礦粉，減少攪拌軸結(jié)垢的機會。

3）改進預(yù)混罐進礦口的位置，將其布置在攪拌軸與筒體中間。使礦粉與筒體保持一定間距，可減少內(nèi)壁吸附礦粉。

4）延長預(yù)混罐進鈦鐵礦粉管線，使出料口處于預(yù)混料液面上方200 mm，可以減少預(yù)混罐內(nèi)揚塵，減少內(nèi)壁吸附礦粉。

5）在預(yù)混放料管上增加壓縮風管。要求每批次放完料后進行管道吹掃，防止管道積料發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

6）改進人孔位置，將其布置在出料口對應(yīng)上蓋的位置或者新增檢修孔，方便觀察和清理出料口固相物。

7）改進鈦鐵礦粉計量倉，在下錐體加裝2個對稱的壓縮風口，用壓縮風松動堆積或結(jié)塊的礦粉，提高礦粉的流動性，滿足下料速度的要求。

8）預(yù)混罐增加排氣口。在預(yù)混罐上蓋的進礦口附近，增加1個直徑為100 mm的排氣口，通過管道連接至礦粉計量倉頂部的倉頂袋濾器，使預(yù)混罐形成負壓狀態(tài)，及時排出預(yù)混罐內(nèi)揚塵，減少內(nèi)壁吸附礦粉，改善現(xiàn)場工作環(huán)境。

9）改進鈦鐵礦粉計量倉出口閥門的類型。干燥的鈦鐵礦粉顆粒細小，粒徑平均為0.3 μm，具有蓬松、流動性良好、休止角較小等特性，計量倉出口原來使用的閥門為插拔閥，礦粉出料量時大時小，較難控制。星型下料閥是由帶有數(shù)個葉片的轉(zhuǎn)子在圓筒形機殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從上部料斗落入的物料充塞在葉片間的空格內(nèi)，隨葉片的旋轉(zhuǎn)而卸出。將插拔閥改為星型下料閥，并同步安裝變頻器，以控制星型下料閥電機的轉(zhuǎn)速，進而控制下料速度，很好地解決了下料不均勻的問題。

10）酸解預(yù)混罐底部優(yōu)化。預(yù)混罐原設(shè)計底部是斜底且在出料最低處水平安裝出口短接，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常發(fā)生積料、結(jié)塊，對精準稱量有干擾。將出口短接由原來的水平安裝改為在罐底最低處垂直安裝，使每批次物料排放干凈，不積料。

3.2 DCS控制系統(tǒng)補充完善

1）為了提高預(yù)混罐進硫酸和鈦鐵礦下料準確度，在預(yù)混罐設(shè)有稱量裝置，分別與進酸閥和進礦粉星型下料閥電機聯(lián)鎖，按操作界面設(shè)定硫酸量、礦粉量，先下酸后下礦的步序，實現(xiàn)DCS自控，同時實現(xiàn)異常情況報警。

2）為了實現(xiàn)預(yù)混操作的連續(xù)性和供料及時性，預(yù)混過渡罐液位與預(yù)混罐的進酸閥聯(lián)鎖，實現(xiàn)預(yù)混過渡罐液位達到設(shè)定液位時，自動啟動預(yù)混系統(tǒng)。

3）為了預(yù)防預(yù)混過渡罐漫料或缺料，預(yù)混過渡罐高、低液位與預(yù)混罐轉(zhuǎn)料泵聯(lián)鎖，實現(xiàn)DCS自控，同時實現(xiàn)異常情況報警。

3.3 工藝改進

1）控制鈦鐵礦粉下料速率。間歇酸解時鈦鐵礦粉下料速率控制在0.8～1 t/min，連續(xù)酸解時控制在0.3～0.6 t/min，有利于酸礦混合均勻，避免下料過快，礦粉聚團分散在硫酸中或粘壁結(jié)塊。

2）控制預(yù)混溫度，間歇酸解時低于45 ℃，連續(xù)酸解時低于35 ℃。需提前控制硫酸和鈦鐵礦粉溫度，否則容易發(fā)生早期反應(yīng)而在預(yù)混罐中結(jié)成硬塊，無法達到預(yù)混效果。采取的措施有：①降低硫酸和鈦鐵礦粉的溫度，連續(xù)酸解設(shè)硫酸與冷水換熱器，球磨崗位設(shè)鈦鐵礦粉冷卻窯，以滿足工藝要求；②夏季間歇酸解可采用低溫法，即先放入硫酸，硫酸冷卻降溫后，再加入鈦鐵礦粉。

3）控制硫酸濃度，間歇酸解w（H2SO4）控制在92%～94%，連續(xù)酸解直接用 w（H2SO4）98% 的工業(yè)硫酸。間歇酸解在酸解罐中進行，每批次投入的硫酸和鈦鐵礦粉較多，相應(yīng)積蓄熱能較多，會造成劇烈反應(yīng)，反應(yīng)溫度超標，進而引起后續(xù)鈦液質(zhì)量穩(wěn)定性不合格，甚至出現(xiàn)難溶固相物或冒鍋事故，為避免異常情況發(fā)生，需要控制適宜的硫酸濃度；而連續(xù)酸解投入的硫酸和鈦鐵礦粉較少，需要w（H2SO4）為98%，以提供更多稀釋熱。

4）控制鈦鐵礦粉w（H2O）≤0.3%。減少礦粉中的水分含量，有利于降低硫酸和礦粉預(yù)混時的溫升，一般溫升為5～10 ℃。

5）控制鈦鐵礦粉的細度。間歇酸解時，325目（45 μm）篩網(wǎng)篩余物控制在10%～15%，連續(xù)酸解時控制在小于2%，優(yōu)選小于1%。鈦鐵礦粉的粒度越小，比表面積越大，與硫酸接觸面越大，有利于鈦鐵礦粉和硫酸充分反應(yīng)，以得到較高的酸解率。但對于間歇酸解來說，要兼顧酸解反應(yīng)可控，故鈦鐵礦粉不能太細。

6）預(yù)混攪拌使用變頻、分段控制。通過摸索總結(jié)，操作步驟調(diào)整為：①硫酸下料過程，變頻器控制在50 Hz，通過高速旋轉(zhuǎn)對上批次罐內(nèi)殘留的少量鈦鐵礦粉進行洗滌；②鈦鐵礦粉下料過程，變頻器控制在40 Hz，保證其攪拌強度適中，防止混合物液面過分抬高，造成內(nèi)壁結(jié)垢；③放料過程，變頻控制15 Hz，降低轉(zhuǎn)速，加快放料速度。

7）保證預(yù)混罐內(nèi)加完料后有足夠的預(yù)混時間。預(yù)混時間一般控制在10～15 min，使得硫酸和礦粉充分混合均勻再放料。連續(xù)酸解還設(shè)有預(yù)混過渡罐，預(yù)混時間更長。

8）必要時，可考慮增加分散助劑，與硫酸同步加入，加快礦粉分散速度。

9）控制適宜的硫酸和鈦鐵礦粉比例。由于使用 w（H2SO4）20% 水 洗 廢 硫 酸 或 w（H2SO4）30%～60%濃縮酸（水洗廢酸濃縮得到）替代工藝水引發(fā)酸解反應(yīng)[2]，可減少新鮮濃硫酸的用量，一般1 t鈦白可節(jié)約 w（H2SO4）98% 硫酸 200～1 100 kg。隨著新鮮濃硫酸用量的減少，對應(yīng)的預(yù)混時硫酸和鈦鐵礦粉比例下降，增加了硫酸和礦粉混合均勻的難度。此時，需注意控制適宜的硫酸和鈦鐵礦粉比例，根據(jù)實踐經(jīng)驗，硫酸和鈦鐵礦粉的質(zhì)量比一般不能低于1.3 ∶1。

通過上述技改，酸解預(yù)混系統(tǒng)運行正常，再未發(fā)生堵塞故障。

4 結(jié)語

酸解預(yù)混工序?qū)λ峤庑Ч兄匾绊懀谠O(shè)計時預(yù)混罐應(yīng)盡量縮短與間歇酸解反應(yīng)器或連續(xù)預(yù)混過渡罐的間距，縮短放料管線，以保證放料管線暢通，減少發(fā)生管道堵塞現(xiàn)象。在操作過程中要嚴格控制工藝參數(shù)，使硫酸和鈦鐵礦粉混合均勻，提高酸解率。