万吨硫酸法钛白黑段设计方案

1、2 万吨 /年硫酸法钛白黑段设计 摘要 针对攀枝花钛精矿原料的特性，本设计采用硫酸法生产钛白粉工艺，设计 规模为年产量 2 万吨。生产过程包括原矿粉碎、酸解、沉降、泥浆压滤、结 晶、圆盘过滤、控制过滤、浓缩以及三废处理等工序并对这些工序工艺进行了 设计，提出了各工序的工艺流程图。在设计中，以每天产能为依据，对酸解、 沉降、结晶、浓缩等工序进行物料衡算和热量衡算，为设备选型提供了依据。 在设备选型阶段，对主要设备进行了计算和选型。通过物料衡算、热量衡 算及设备选型和车间布置说明，最后得出了设计说明书、设备定型一览表和带 控制点的流程图。 关键词：钛白粉，硫酸法，黑段工程设计 ABSTRACT I

2、n view of the characteristics of limonite raw materials in Pan Zhihua, this paper designs with titanium white sulfuric acid production process and the scale of annual production is 20,000 tons. The production process includes undressed ore smashing, acidolysis, subsidence, filter pressing, crystalli

3、zation, disc filtration controlled filter, concentration,andthe process of waste treatment.The paper designs on these process - es and illustrates the flow chart of these process. Based on the daily production,the paper designs on acidolysis, subsidence,crystallization and concentration processes wi

4、th material balance and energy balance. Therefore, it provides the basis for the equipment selection. In the equipment shaping stage, it designs on major installation for computation andshaping. Base on the explanation of material weight, thermal weight, equipmentshaping and workshop arrangement, fi

5、nally it obtained the design in structi on, equip -ment list and flow chart with con troll ing point. Keywordstitanium dioxide, Sulfuric acid method, Process design of black section 1 / 432 / 43 目录 摘要 . .1 ABSTRACT . n 1 绪论 4 1.1 概述 4 1.1.1 课题背景 4 1.1.2 设计的目的、意义 4 1.1.3 国内外现状、水平、发展趋势 5 1.2 设计依据和设计原则

6、 7 1.2.1 设计依据 7 1.2.2 设计原则 8 1.3 设计基础资料 8 1.4 设计范围 8 2 工程分析 9 2.1 建设工程简况 10 2.1.1 建设工程名称、性质和地点 10 2.1.2 建设规模、内容 10 3 两万吨 /年钛白粉生产黑段工艺设计 11 3.1 黑段工艺流程图 11 3.2 酸解工段工艺设计 12 3.2.1 原矿粉碎单元 12 3.2.3 酸解单元 13 3.2.3沉降 /泥浆压滤单元 15 3.3 结晶工段工艺设计 17 3.3 结晶工段工艺设计 17 1.1 结晶单元 17 1.2 圆盘过滤单元 19 1.3 控制过滤单元 20 1.4 浓缩单元 2

7、1 1) 物料及热量衡算 23 1. 酸解工段物料及热量衡算 23 1. 酸解物料衡算 23 1. 沉降及泥浆处理工序物料衡算 25 1. 酸解热量衡算 26 1. 酸解物料平衡图 27 1. 热量平衡图 27 4.2.结晶工段物料及热量衡算 28 7.2.2 结晶工序物料衡算 28 7.2.3 圆盘过滤工序物料衡算 28 7.2.4 控制过滤工序物料衡算 293 / 43 7.2.5 浓缩工序物料衡算 29 7.2.6 结晶工序热量衡算 30 7.2.7 浓缩工序热量衡算 31 7.2.8 结晶工段物料平衡图 32 7.2.9 结晶工段热量平衡图 32 2) 设备选型 33 2. 主要设备选

8、型原则 33 2. 主要设备选型计算 33 5.2.1钛精矿的干燥粉碎和输送工序主要设备的选型与计算 5.2.2酸解 -泥浆处理工序主要设备选型与计算 33 5.2.3 结晶工段主要设备选型与计算 35 2. 主要设备定性一览表 37 3) 车间布置说明 38 6.1 酸解工段车间布置说明 38 1 钛精矿的干燥粉碎及输送单元设备布置说明 38 6.1.2酸解 -泥浆处理单元设备布置说明 38 6.2 结晶工段车间布置说明 39 4) 环境污染与治理 40 4. 污染物产生及排放 40 4. 黑段设计中采用的环保措施和综合利用论述 40 7.2.1 废气治理措施 40 7 废水治理措施 40

9、8 废渣治理措施 41 9 噪声治理措施 41 10 废酸的综合利用 41 参考文献 42 致谢 4333 4 / 43 1 绪论 概述 1.1.1 课题背景 基于攀枝花市 “十一五 ”钒钛产业规划纲要，提出 攀枝花要根据世界钒 钛技术与产业发展趋向，立足于钒钛资源优势、研发能力和产业基础，结合国 家产业政策，进一步确立钒钛产业为重要支柱产业和今后经济建设重点，通过 开发、应用和引进国内外钒钛领域的先进科技成果 1；通过做大做强、积极参 与国际竞争来不断促进钒钛龙头企业的升级；通过扩大开放和加强国际合作， 培育多种所有制形式的企业群体，使攀枝花钒钛经济总量达到更大规模。结合 攀枝花发展钒钛产业

10、得天独厚的资源优势、技术优势以及较强的研究开发能力 和雄厚的钒钛产业基础，大力推进技术创新体系建设，提高钒钛产业自主创新 能力，不断增强钒钛科技综合实力、创新能力和成果转化能力，为钒钛产业发 展提供有力的技术支撑，实现钒钛产业发展的新跨越 2。 1.1.2 设计的目的、意义 钛白粉具有稳定的物理、化学性质，良好的光学、电性性质以及优异的颜 料性能，钛白粉行业在整个化工领域里占举足轻重的地位， 它作为一种大宗的 化工原料因此其用途十分广泛，涂料、塑料、造纸、化纤、油墨、橡胶、电子 工业、化妆品、电焊条、搪瓷 5。陶瓷和冶金等都要用到钛白粉。特别是颜料 钛白粉，因其有其他白色颜料无可比拟的多种优异

11、性能，以至于其面世后，很 快就取代了传统的铅白、锌白、锌钡等白色颜料，成为白色颜料之王。由于白 色和浅色最好的遮盖颜料和销色颜料，因此被广泛地应用于需要着色或浅色的 涂料、纸张、塑料、油墨、橡胶等领域。 随着世界经济的发展和人类科技的进步，人们对钛白粉的认识越来越深， 钛白粉的应用领域将越来越广，所以钛白粉有着极其宽广的发展和应用前景。 因此钛白粉的生产备受各工业发达国家的重视，与国民经济的发展紧密相关， 经济的快速发展，必然给钛白粉工业带来广阔的发展空间 3。 研究钛白粉的生产，并改进技术方面的问题，是现今阶段的比较首要的课 题，本课题是研究钛白粉黑段设计，采用硫酸法生产钛白粉，主要工艺是从

12、原 矿经过酸解、沉降、结晶、过滤、浓缩等一系列工艺过程，这在整个钛白粉生 产中是比较重要的工序。 本设计的课题研究的是年产两万吨钛白粉的生产，现今国内钛白粉厂都是 比较小的生产能力，一般都是几千吨的设计能力，能达到上万吨的能力的都比 较少，本课题设计的目的就是为了研究设计能力大的钛白粉生产，这对于整个 钛白粉市场来说都是具有重大的意思，有助于推动国内钛白粉工业进步，也进 一步利用攀枝花特有的钛资源，生产具有质量和功能的新型钛白粉。 1.1.3 国内外现状、水平、发展趋势 鉴于钛白粉的用途广泛，其生产和发展已受到世界各国的重视。近年来，高档 钛白粉受到青睐，而且产品逐渐向功能化和系列化方向发展，

13、尤其是超细 TiO2 的开发，进一步扩大了其应用范围。目前市场销售旺盛，具有广阔的市场前 景。当前世界5 / 43 钛白粉工业的发展趋势为： 全球形成超大规模企业的兼并收购浪潮。 在工艺技术方面。由于氯化法技术先进，对环境友好，故其技术发展趋 势将是硫酸法向氯化法转移。 产品销售价格仍存有上涨。 国外钛白粉金红石型占 80%以上，进入中国的大约 80%为金红石型，其中氯 化法产品占 75%以上，我国钛白粉进口数量中，每年都占我国钛白粉总销量的 40%以上，几乎垄断了我国高档和专用钛白粉市场 。该法生产的钛白粉质量 好，白度好、遮盖力高、易分散、耐候性良好等特性，通用性也强。 氯化法钛白粉生产比

14、硫酸法生产具有生产流程短、工序少、占地面积小、采 用连续式之自动化干法生产、生产技术先进、劳动生产率高、生产能力大、产 品质量高、生产成本低、经济效益好、闭路生产、氯气循环使用、派出废料 少、三废污染少等诸多优势，以至于国外氯化法钛白生产发展迅速。 国外钛白粉厂设有应用技术实验室，重视应用技术研究，有针对性的开发适 销对路的产品，国外提钛白粉厂有的自己的后处理车间，有的还有自己的后处 理厂，建立后处理厂的作用是增强钛白粉生产线的灵活性， 可以根据市场需要 将二氧化钛初品处理成个性化的成品，以满足不同用户的需求 1。 国外钛白粉厂的生产规模都比较大，都能形成规模效益。国外大企业钛白 粉的特点：生

15、产高度集中；工厂规模大，生产成本低、经济效益好。各大公司 都形成了从原料到成品的应用完整体系，这样有利于工艺改进、提高产品质量 和推广新产品；各大公司很重视技术改进，各自拥有科研和实验室，从事工 艺、设备、和新产品的研制；各厂家高度垄断和严密封锁技术，只出售技术， 从未公开技术，在报刊资料中也无完整技术介绍；开发以云母包覆钛系珠光颜 料、钛白水浆和纳 M 钛白粉；高度分散性、高耐久性、高光泽、低成本是各大 公司追求的永恒目标。 国外开发的钛白粉新品种的特点是光散射能力、光泽、白度、分散性、耐久 性等性能的高度统一。要求具有低吸油量、优异的分散性、高的光学性能和适 当的耐久性。今后全球二氧化钛在

16、质量和品种上的发展趋势，可概括为一下五 个方面： （1） 光亮度更高 杂质含量更低）； （2） 底色更蓝 粒径要更小些）； （3） 粒度分布更狭窄； （4） 光泽度更高； （5） 耐候性更好； 钛白粉的主要应用领域是涂料、塑料和造纸行业，其次是油墨和化纤行业。 但这些领6 / 43 域所需要的多是金红石型和有特殊要求的锐钛型钛白粉， 在此基础上 虽然全行业生产能力不断扩大，产量持续增加，但这种扩张主要是量的扩张， 缺少质的提高。行业整体素质不高，产品结构不合理，技术装备落后，大量中 小型钛白粉生产企业产品以低端为主，高端产品至今仍主要依赖进口 8 。面对 这一局面，全行业必须有清醒的认识，积极

17、跟进世界先进生产工艺，紧扣市场 脉搏，各生产企业联合行动做大做强整个行业的实力。并确定适合中国钛白粉 行业发展环境的全行业战略，才能与境外强敌相抗衡，求得生存和发展的空 间。 我国钛白粉厂点多，规模小，生产能力低，且钛白粉生产技术落后，产品 质量差，档次低， 满足不了国内用户对高档钛白粉的要求， 再次是生产厂家分 布区域广， 布局分散，生产集约性差，管理水平低，还有资源浪费大，环境污 染严重，原材料和能耗高，生产成本高，经济效益低，资金实力有限。这些都 是我国钛白粉工业的致命弱点，因此也就缺乏具有参与全方位市场竞争的实 力。 近年来，我国钛白粉工业增长速度惊人，仅次于美国成为全球第二大钛白 粉

18、生产国，业内专家指出，我国钛白粉应当抓住当前产销两旺的好时机做大 做强，但前提是必须解决行业内存的一些问题。 我国从 1954 年开始钛白粉研究，至今只有 50 年历史，这期间通过业内大 力研究与开发，钛白粉的生产，无论在生产规模、生产能力、生产方法、生 产技术、产品质量，还是在应用领域的扩大和环境污染的治理方面都有了突 飞猛进的发展。 在生产技术上，我国主要以硫酸法生产为主；大部分钛白生产厂家在工艺 技术、生产设备、自动控制、 “三废 ”治理等方面与国外先进水平相比还有相 当的差距；在生产规模上，我国钛白粉生产装置规模偏小，点多分散，造成 了能耗和生产成本较高，也导致产品质量不稳定；在原料方

19、面，国内基本上 使用的是钛精矿；在产品质量上，国内硫酸法钛白粉以锐钛型产品为主，大 部分未经过表面处理，专用产品极少 6。7 / 43 今年来，近年来中国钛白粉产量平均每年增长 30 %以上，但是在国际市 场上还没有竞争力，也不能满足国内需求，进口钛白粉占我国钛白粉产量的 50%左右。其主要原因是产品质量档次低、企业规模小、工艺设备落后、技 术开发能力薄弱、没有成规模的原材料基地 9 。此外，市场竞争不规范，环 境保护问题比较严峻。 但是国内钛白粉行业内低水平、低技术含量产品比重过大，小规模企业过 多，导致优势产能的扩张没有得到有效的市场实现。这已成为我国钛白粉工业 发展的严峻问题。为此，首先

20、有增加品种，提高质量档次，其次还要关注并开 发新的钛白粉生产方法 16。 我国钛白粉工业经历 40 年的发展，如今整体规模和生产水平都有了相当的 基础。钛白粉行业存在的问题是多方面的， 但是核心问题是企业缺乏具有竞争 力的规模和科技水平 11。因此，新时期钛白粉行业应向这两个主方向发展。 我国钛白粉生产已迅速向规模化化发展，今后在通过联合、收购、兼并等 整合重组方式将其演变成大型化集团，这样，原材料、装备、生产、品种、品 质和开发新品种等整体生产便得到进一步提高，便具有参与全球市场竞争的可 能。总之，我国钛白粉行业前途还是光明的 10。 1.2 设计依据和设计原则 1.2.1 设计依据 1）攀

21、枝花学院生物与化学工程学院下发的毕业设计任务书。 2）各资料文献上查得的基本资料和数据。 3）相关的国家标准 20。 大气污染物质排放标准执行 GB8978-1996工业炉窑大气污染物排放标 准。 水体污染物排放标准执行 GB8978-96污水综合排放标准 工业噪声执行GB12348-90工业企业厂界噪声标准 输送流体用无缝钢管 GB/T8163-1999 工业企业管道工程施工及验收规范 GB50235-1997 工业金属管道工程质量检验及评定标准 GB50184-1993 化工优质碳素结构钢技术条件 普通碳素结构钢 低合金结构钢 可锻铸铁件 化工管道设计规范 玻璃钢管和管件 化工用硬聚氯乙烯

22、 PVC-U ） 管材 化工配管用无缝及焊接钢管尺寸系列 GB699-88 GB700-88 GB1591-88 GB9440-88 HG20695-1987 HG/T21633-1991 GB/T4219-1996 HG20553-93VU) 8 / 43 金属管道工程及验收规范 GB20225-1995 不锈钢无缝钢管 GB/T14976-1994 衬塑钢管和管件 衬 PVC 或聚乙烯） HG20538-1992 碳钢紧衬聚烯烃 vPO/CS）防腐蚀系列 Q/WSF01-1996 过程检测和控制流程图例符号和文字代号 GB2625-81 自动化仪表选型规定 HG20507-92 供配电系统

23、设计规范 GB50052-95 1.2.2 设计原则 1 ）积极贯彻执行国家基本建设的方针政策 , 严格执行国家和工程所在省、 市颁布的标准、规范、规定，使设计做到切合实际，技术先进，经济合理， 安全适用； 2）重视优化设计方案工作，提高设计水平和降低工程投资额； 3）治理工艺要落实可靠，排出物必须符合国家及地方的 “三废 ”排放标准， 并尽可能做到综合利用； 4）节能与降耗并重，做好工艺余热的回收和水的重复利用，提高水的循环 利用率。 1.3 设计基础资料 气象条件 1 ）气温 年平均气温 22.2 C；极端最高温度 398C ;极端最低温度 23C。 2）气压 年平均气压 868kPa；年

24、最高气压 89.58kPa；年最低气压 86.59kPa 3）湿度 年平均相对湿度 60.0 %；年最小相对湿度 6.0 %。 4）日照 年日照时数 2512 小时；日照百分率 57%；全年晴天日数 108 天； 1.4 设计范围 根据生产要求设计 2 万吨 /年硫酸法钛白粉装置、辅助生产装置和公用工程 基础。具体设计内容包括： 酸解工段9 / 43 1)酸解工序设计 2)酸解物料衡算和热量衡算 3)风扫磨系统、酸解锅及酸解尾气处理系统设计 结晶工段 结晶工段工序设计 结晶工段物料衡算、热量衡算 连续沉降池、结晶器、真空圆盘过滤机以及薄膜浓缩蒸发器的设计 10 / 43 2 工程分析 2.1

25、建设工程简况 2.1.1 建设工程名称、性质和地点 工程名称：2 万吨/年硫酸法钛白工程 工程性质：新建 工程地点：攀枝花市安宁工业园区 2.1.2 建设规模、内容 产品方案：工程建设规模为 2 万 t/a 硫酸法金红石型颜料钛白 原材料的主要技术规格 47.0 34.27 5.85 6.12 3.0 1.34 0.75 0.65 化学成份 S Cu P V 2O5 Ni Co Cr As 含量% 0.19 0.0052 0.0049 0.095 0.0087 0.0013 0.005 0.0077 2）浓硫酸 1 硫酸 H 2SO4) 含量 98.0 2 灰份 0.03 3 铁含量 0.00

26、01 5 铅Pb）含量 0.01 6 透明度 50mm 7 色度 2.0mL 建设内容：新建年产 2 万 t/a 钛白粉黑段装置及配套公用工程、辅助设施11 / 43 3 两万吨/年钛白粉生产黑段工艺设计 3.1 黑段工艺流程图 废气经处理后排放 配酸、浸取 磨粉 浓硫酸、水 * 沉降剂J 沉降 泥浆压滤 真空结晶 泥浆打浆 图 1 ：黑段工艺流程图 12 / 43 3.2 酸解工段工艺设计 321 原矿粉碎工序 1）工艺目的 经过精选的钛精矿，粒度不规范且比较粗，为了与硫酸反应能顺利进行并 反应完全，提高酸解率，在使用前必须先把它磨细，以增加反应接触面。粒度 越细反应速度越快，反应越完全。

27、; 要求钛铁矿中钛成份酸溶性要好，即钛铁矿中金红石含量要低。一般要求 金红石含量要低于 3%; 要求钛铁矿中的亚铁与高铁含量符合 TiO2% + FeO% + FezOs% 94%高 铁含量应低于 13%; 必须控制钛铁矿中危害性杂质的含量，如 Cr、Co、AI2O3、SiO2的含量及 胶体性质对酸解产物的质量和钛液中残渣的沉降效果有极大影响。 矿粉粒度要求 要求细，一般来说，与酸解反应所用的硫酸浓度和酸解反应器的大小有 关，硫酸浓度低，则矿粉应该细一些，否则反应便不够完全；酸解反应器大， 相对来说矿粉可粗一些。 120m3以上的大型酸解锅生产工艺要求细度为 325 目，筛余 1525%。 粒

28、度分布应该窄而均匀，使酸解反应在每一颗粒上差不多同时开始反应 和同时完毕。如果粗细悬殊，则粗颗粒来不及完全反应而总反应已经结束，会 增加未反应残渣，而细颗粒则过早反应完毕，就会降低钛液的稳定性，并增加 发生早期水解的可能性。 3）粉碎设备 粉碎设备一般采用雷蒙磨和风扫磨，本流程粉碎设备采用风扫磨，它属于 一种卧式球磨机。有一横卧圆筒，筒中放置研磨介质，通常都是球形的，故称 球磨机。球的直径大小不等。研磨时加入矿粉，开动磨机使圆筒转动，球与球 之间的摩擦使其间的矿粉被研细，粉碎后的物料由空气流携出到分级机进行分 级，达到工艺要求粒径的细矿粉被送入酸解工序，粗颗粒返回磨机，继续粉碎 1 。 4）本

29、工艺流程简述 原料钛铁矿粉由皮带输送机送入磨前贮斗，经星型给料器后由圆盘给料机13 / 43 加入风扫磨中进行粉碎。磨细矿粉从风扫磨里被空气流带入粗粉分离器，在此 处将粗粒从磨细的矿粉中分离出来，并返回到风扫磨再研磨。符合要求细度的 矿粉靠空气流送入旋风分离器并进行分离，含尘气体由风机抽吸，抽出的含尘 气体经脉冲除尘器分离后，矿粉由螺旋送入成品料仓储备而气体则分成三个支 流： 一部份去磨头做补充风量。 一部分去磨尾做输送矿粉的动力；另一部分由 风机排入大气。 钛精矿 皮运机 图 2:原矿粉碎工序工艺流程图 323 酸解工序 1）工艺目的 酸解工艺目的是钛精矿在 93%的浓硫酸作用下进行酸解生产

30、硫酸氧钛和硫 酸钛，然后用废酸和小度水浸取得到酸解钛液，在铁粉的作用下把三价铁还原成二 价铁 2 + 3H2O 千卡 3 +3H2O+33.8 千卡 3 + Fe FeSO 3+ FeSQ+ H2O2 + H2O iOSO4 + H2SO4V6) 上述反应是能够发生且可进行得比较完全。但化学反应是只有活化分子才 能参加反应，要达到钛铁矿的活化能，就必须使其分子活化。由于硫酸稀释时 释放出大量的热能，所以就先利用硫酸的稀释热来引发反应，然后再利用其自 身反应所放出的反应热来完成钛铁矿的分解反应17。 3)本工艺流程简述 来自硫酸计量槽中一定数量的硫酸，与来自称量槽中经准确计量的钛铁矿 粉在预混合

31、槽内通过机械搅拌，混合均匀后放入酸解反应罐中，据工艺情况可 采用以下两种方法启动酸解反应： 工艺水启动：在酸解罐中加入来自水计量槽经准确计量的一定数量的 水，酸被稀释放出的热量使混合物的温度升高，到一定温度时开始发生酸解反 应。 20%左右废酸启动：在酸解反应罐中加入废酸计量槽中经准确计量的一定 数量的废酸，此时酸稀释放出的热量足以发生酸解反应。 上述两种情况下均可发生酸解反应，反应中产生的气体经酸解喷淋烟囱排 入大气，所用喷淋水经循环水池用泵送入喷淋烟囱，喷淋后的水回流至循环水 池。其循环水池的水达到一定酸度后送入废水处理系统进行处理，补充水由水 站供应或工艺废水进行补充。经 15 分钟左右

32、的酸解反应后，产物进行 1.52 小 时的熟化，然后加一定量的水进行浸取操作，加水时间为 2 小时。在加水 1 小 时后，使用铁粉进行三价钛铁离子还原， 2 小时内加水至要求的料位，补充铁 屑由吊篮经电动葫芦浸入溶液中，尔后进行 68 小时的还原反应。还原期间， 调节压缩空气量控制料液温度不得超过 70 T，还原结束后取样送化验室，制备15 / 43 好的钛液送入后工序沉降槽 16 / 43 图 3：酸解工序工艺流程图 3.2.3 沉降/泥浆压滤工序 1）工艺目的 沉降是借助于重力作用，除去钛液中不溶性杂质和胶体颗粒，将钛液初步 净化，通过沉降除去杂质，可提高副产品硫酸亚铁的质量并加快它的过滤

33、速 度，同时胶体颗粒如不除去， 在以后的水解时便成为一种无一定组成和数量的 晶核， 会影响水解过程、水解产物的组成和结构、水洗的难易程度及最终产品 质量。 2）基本原理 沉降是利用重力作用使体系中的悬浮固体颗粒沉降下来。为了加速沉降过 滤，同时加入带相反电荷或大量极性基团的溶胶与固体颗粒、胶体等产生共沉 淀，以除去钛液中不溶性杂质和胶体杂质。沉降的一般方法按操作分类，沉降 的方法可分为间歇法和连续法两类。 间歇法是将钛液在压缩空气的搅拌下，加入一定量的沉降剂，待其分散均 匀后，将钛液静置，使固相物自然沉降，经过一定时间后测定澄清效果，达到 工艺要求后，根据不同的工艺路线，或吸取上层清液到厢式压

34、滤机进行热过滤 后再送至后工序，或吸取上层清液直接送往结晶工序；残渣则进行洗涤处理回 收。 连续法是将配制好的沉降剂与钛液，按一定比例的流量送入混合罐内混 匀，然后按连续沉降器生产能力所要求的流量，连续不断地注入沉降器，在 0.10.2 转/分的机械搅拌下，沉降絮团在重力、向心力的作用下浓集于沉降器底 部，定时或连续排放回 矿粉来自矿粉料仓 工艺水 20%酸 17 / 43 收处理，上层清液则在液压差作用下从溢流口连续流 出，送下一工序。 间歇法工艺适应性强，但占地面积大，生产周期长，生产能力低；连续法 生产能力大，但受沉降效果制约。本工艺中既可以使用连续沉降法也可以使用 间歇沉降法进行沉降。

35、 3）工艺描述 浸取、还原后的钛液从酸解反应罐中送至沉降槽中，其间加入定量的絮凝 剂。在澄清过程中，硅、未酸解的钛铁矿及胶体沉降至沉降池底部。根据沉降 效果，澄清后的上层清钛液或直接送往结晶工序，或由钛液泵先打入压滤机进 行热过滤，再滤液用清钛液泵打入结晶岗位的供料槽中，而将滤渣送入泥浆槽 中。沉降槽中沉降下来的泥浆，由泥浆泵间歇地打入泥浆槽，再由泥浆泵打入 厢式压滤机中过滤，滤液送回沉降槽继续沉降，滤饼进入滤渣场 18。 18 / 43 工艺水 图四：沉降/泥浆压滤工序工艺流程图 3.3 结晶工段工艺设计 331 结晶工序 1）工艺目的 经过沉降及热过滤除去了绝大多数不溶性残渣后的钛液中仍含

36、有大量可溶 性的硫酸盐一一硫酸亚铁，通过结晶使其以 FeSO4 7H20 俗称绿矶）的形式从 溶液中析出来，有以下几个目的： 有利于偏钛酸的水洗。 调节钛液的铁钛比。所谓铁钛比是指钛液中的总铁含量与总钛含量之 比，即铁钛比=Fe/TiO2。铁钛比的高低对水解产物偏钛酸的粒径大小和结构有 一定的影响，所以工业生产中就通过控制结晶时析出的硫酸亚铁的数量将钛液 的铁钛比控制在 0.260.32 的范围内。 c 提高钛液的总钛浓度。 有利于生产过程。由于酸解浸取液的硫酸亚铁浓度一般较高，其在存放 或输送过程中稍经冷却就会有硫酸亚铁的晶体析出而影响工艺生产如导致管道 及泵的堵塞等。因此，通过结晶除去部分

37、硫酸亚铁是十分必要的。 2）结晶原理 结晶方法分两种，即冷冻结晶和真空结晶。本工艺采用真空结晶方法进行结 晶真空。结晶是钛液在真空状态下由于沸点降低而沸腾，部分溶剂被蒸发，钛 液浓度提高；由于汽化时从钛液中吸收了大量的热能，致使钛液温度迅速降 低，其中可溶性的硫酸亚铁达到过饱和从溶液中结晶析出的过程。整个结晶系 统由真空结晶器、蒸汽喷射泵、冷凝器和真空泵组成。 该法虽然操作控制比较复杂，耗能 蒸汽和冷却水）也较大，但与冷冻结晶 法相比，仍具有以下优点： 结晶器结构简单，生产能力大； 蒸发与冷却同时进行，冷冻、结晶效率高； c 无需热交换所需的传热面积，硫酸亚铁结壁现象较少； d.结晶后钛液浓度

38、，可减轻后续浓缩工序的负担；1 I 厢式压滤机 泥浆去污水处理 - 设备选材简单，维修工作少，使用寿命长。可以用搪橡胶、搪环氧树 脂、搪玻璃钢等设备； 附属设备简单； 设备投资费用低，按同样的生产能力计算，投资费用约为机械结晶能够 的 60%; 生产费用低，生产费用约为机械结晶的 60%； 结晶后钛液浓度高，由于真空结晶时水分的蒸发量可达投料量的 5-10%， 因此兼有浓缩作用，可以减轻后面浓缩工序的负荷； 结晶终了温度高。由于钛液在结晶时被浓缩，因此如果要保持同样的铁钛 比，它的终了温度可以比机械冷冻时的高。 3）本工艺流程简述 经厢式压滤机过滤后的热钛液被泵入结晶进料槽，靠液位差和系统真空

39、进 入真空结晶器内，在真空状态下沸腾蒸发并不断冷却，致使硫酸亚铁达到过饱 和而以FeSO4 7H20俗称绿矶）结晶形式从钛液中析出17。当结晶料浆达到工 艺要求的温度 一般在 1418C ）时，将其放入结晶料浆贮槽，并通过料浆泵输 往下工序。蒸发过程中形成的二次蒸汽由一级蒸汽喷射泵引入一级气压式冷凝 器，在此与循环上水换热后被冷凝下来，冷凝水经液封槽去循环水站；未被冷 凝下来的水蒸汽以及不凝性气体被二级蒸汽喷射泵引入二级气压式冷凝器，与 循环上水混合冷凝后，冷凝水经液封槽去循环水站，不凝性气体则由水环式真 空泵抽出排空。 循环上水 20 / 43 图 5:结晶工序工艺流程图 332 圆盘过滤工

40、序 1）工艺目的 目的：采用一定的工艺和设备把结晶料浆里的钛液与硫酸亚铁结晶分离。 采用真空分离法进行分离. 2）工艺说明 真空分离是利用真空泵产生的真空，分离液态非均相混合物的一种方法。 根据所采用分离设备的不同，真空分离又分为真空吸滤和真空圆盘过滤。真空 吸滤器又称亚铁抽滤池或亚铁分离池，一般呈长方形，分上下两层，上层敞口 常压，下层为负压，中间用格栅分开并铺以滤布。待分离的物料从上部加入， 下层抽真空，滤液通过滤布流入下室，硫酸亚铁晶体保留在上部。该设备选材 广、制造方便、投资省、维修量少、间歇操作人工卸料，但设备占地面积大、 劳动强度高、真空能耗大、物料和真空分布不均、耗用洗涤水多。

41、为了提高收率，须对绿矶进行冲洗。为了尽量减少亚铁的重新溶解，又要 将绿矶晶体间的残留的钛液冲洗干净，可以把冲洗分两次进行，第一次冲洗就 用上批晶体第二次冲洗用过的水，其洗液可在不影响钛液指标的情况下并入过 滤的钛液内，或用于酸解固体之浸取用；第二次冲洗用自来水，其洗液保留作 下批晶体第一次冲洗之用。所以自来水最好用低温的水 10。 真空圆盘转台过滤机是一种连续真空过滤设备，圆盘上分为四个区：过滤 区、洗涤区、疏松区和卸料区。在圆形过滤盘下，分为若干个真空滤室，可以 边过滤、边洗涤、边抽干、边卸料。滤布再生方便，洗涤水用量较少。但设备 占地面积大、水平安装精度要求高、各真空室中的分配头连接复杂、

42、材质要求 高。 本工艺流程简述 结晶料浆由泵送到转台过滤机的过滤区，在真空抽吸下，滤液经气液分离 器进行分离后通过液封管流入滤液贮槽。滤液由滤液泵送至控制过滤工序。截 留在滤布上的 FeSQ7H2O 晶体依次经过一洗、二洗并用压空吹疏松后，由卸 料螺旋刮入卸料斗，至绿矶库。一洗滤液经气液分离后，滤液作为小度水泵送 至酸解工序作浸取液。二洗滤液经气液分离后，泵回真空转台过滤机作一洗洗21 / 43 水。二洗洗水则用的是较干净的工艺水。经气液分离器的不凝性气体则由水环 式真空泵抽出排空。 结晶料浆 图 6:圆盘过滤工序工艺流程图 333 控制过滤工序 。钛液控制过 滤的目的，就是除去这些杂质，使钛

43、液进一步净化，保证水解钛液的质量。 2）工艺描述 将助滤剂与少许滤液在助滤剂制备槽中配制成浆后，用泵循环打入厢式压 滤机，在滤布上形成一层均匀的助滤层。当循环液变清时，停止循环，再把待 过滤的钛液泵入厢式压滤机进行循环过滤，一旦滤液的澄清度符合工艺要求， 就停止循环而进行连续过滤17。滤出的精钛液流入精钛液贮槽，精钛液再由泵 送至浓缩工序。截留在滤布上的滤饼先用工艺水进行洗涤，洗水送去真空转台 过滤机的一洗液贮槽；洗涤后的滤饼用压缩空气吹干后从厢式压滤机上卸下， 并用小车运去渣场。 图 7:控制过滤工序工艺流程图 3.3.4 浓缩工序 1）工艺目的 钛液浓度直接影响水解速率的快慢，而水解速度又

44、与水解产物的粒径分布 密切相关，因此钛液浓度的高低将最终影响产品的颜料性能。为此需将精钛液 进行浓缩以将钛液的浓度控制在一定的范围内，以使钛液在水解时可获得一定 粒径及粒径分布的偏钛酸粒子。对于不同的水解工艺，钛液浓度不同。采用外 加晶种水解工艺时，钛液的浓度一般控制在 200g/L 左右，而采用自生晶种法水23 / 43 解工艺时，则一般要求控制在 230260g/L。 浓缩工艺描述 从精滤工序精钛液贮槽来的精钛液经预热器并与二次蒸汽换热后进入高位 槽，按一定的流速进入薄膜蒸发器后进行钛液的浓缩，浓缩达到工艺要求浓度 时钛液经液封槽流入浓钛液贮槽。合格浓钛液送到水解工序钛液预热槽备用， 不合

45、格钛液回到钛液贮槽。从薄膜蒸发器蒸发出来的二次蒸汽，经预热器用钛 液间接冷凝，含钛冷凝液去结晶工序再利用，未被冷凝的蒸汽和不凝性气体在 混合冷凝器中用水喷淋冷凝后，冷凝液送入液封槽，不凝性气体被水环真空泵 抽出排空。 蒸汽 24 / 43 旋风分离器 4 物料及热量衡算 4.1 酸解工段物料及热量衡算 4.1.1 酸解物料衡算 计算依据：因本设计为年产 2 万吨，年工作日定为 330 天 攀枝花钛精矿的化学组分如下： 化学成份 TiO2 FeO Fe2O3 MgO SiO2 Al 2O3 CaO MnO 含量% 47.0 34.27 5.85 6.12 3.0 1.34 0.75 0.65 化

46、学成份 S Cu P V 2O5 Ni Co Cr As 含量% 0.19 0.0052 0.0049 0.095 0.0087 0.0013 0.005 0.0077 由攀枝花天伦化工提供的各工序收率数据 ，原矿粉碎收率为 99.5 %，酸解-沉 降-泥浆处理收率为 95.6%，扳框压滤为 99.5%，真空结晶-圆盘过滤收率为 98.5% , 浓缩收率为 99.5%，水解收率为 95.5%，水洗-漂白-漂洗收率 97.5%，盐处理-煅 烧收率 98.2%，成品粉碎收率 99%，可计算得到总收率为 84%。 年产 2 万吨钛白粉年投矿量=2000047%吒 4% =50658.56t 每天投矿

47、量=51894.14-330=153.11t/天 按酸矿比为 1.58,则每天所需 93%硫酸质量：153.11 158 -3% =260.80t/天 酸解工序所需硫酸、水以及铁粉加量及酸解钛液组成 （1 93%酸和废酸体积 V1 V1=酸矿比 矿量）/（浓硫酸浓度漱硫酸比重 查密度表得 93%的硫酸密度为 1.8227, 酸解总投矿 153.11t/天，密度 1.7858，浓硫酸的浓度为 93%,密度 1.8227,废酸浓度为 20% 220g/L）,反应浓度为 84.5%，密度 1.7858。 V浓酸+V废酸=（酸矿比 投矿量/反应酸浓度X反应酸密度） 循环水 去水解 图 8:浓缩工序工艺

48、流程图 25 / 43 则加入的总酸量为=1.58） X84.5%X1.7858） =160.314 m3/天 所需的 93% 酸 V 浓酸=.58 .22-160.3139） 93%弋.22 .8227-1） =140.088 m3/天 废酸加量 V废酸=总酸量-V浓酸=160.3139-140.0876=20.226 mi/天 2）引发水体积 V2 加水引发主反应所需的水的体积设为 V2=矿量）/反应酸浓度- 矿量）/浓硫酸浓度 反应酸浓度按工艺控制定为 84.5% 代入数据得 V2=.58/84.5% - （153.11 18/93% =26.17m3/天 3）矿粉体积 V矿粉 查得矿粉

49、与浓硫酸混合后密度为：2.2 g/cm3 V 混合=153.11+260.80）吃.2 =188.14m3/天 /总钛浓度-V混合-V2 酸解钛液总钛浓度为 130g/L, V3=/0.13 -188.14-26.17 =339.24 需需/ /天 5）酸解钛液总体积 V 每天生产酸解钛液的总体积设为 V V=47% /0.13=553.55m3/天 3 +3H2O+33.8 千卡 Fe2（SO43 + Fe - SQ 1mol Fe2O3要消耗 1mol 的 Fe 粉，钛精矿中 Fe2O3含量为 5.85% 加还原铁粉还原 Fe2O3的质量为=153.11 5.85% 60X56=3.135

50、t/天 4+ 3+ 2+ 2Ti +Fe +Fe Ti3+要求要达到 3g/L,还原成 2mol 三价钛需要 1molFe 粉 铁粉还原四价钛的质量为 =3/48 0.5 爲 53.55 56/1000=0.969t/天 所以加入铁粉的总量=3.135+0.969=4.104t 天 99.5% 95.6% 47% =68.45t/天 折换成硫酸氧钛的含量=-243.869t/天 34.27% =52.471t/天 FeO 的摩尔数为=53.89/72=0.7288 106 mol 钛精矿中 Fe2O3含量 5.85%，贝U Fe2O3量=153.11 .85% =8.957t/天 FQO3摩尔

51、数为=9.19/160=0.056 W6 mol FeO+ H2SO4_FeSC4+H2O Fe粉 Fe2O3 （SO43 粉 2FeSQ FeSC4 总摩尔数=0.7288 06 mol+2 X）.056 06 mol=0.8408 06 mol 则酸解钛液中 FeSQ 的质量为=0.8408 106 mol X152g/mol=127.802t/天 553.55 m3=134.568t/天 与钛结合的酸 553.55 m3=88.225t/天 游离酸=有效酸-与钛结合酸=134.568-88.225=46.343t 天 （10酸解钛液中三价钛的量 酸解钛液三价钛浓度经验公式：Ti3+=0.

52、0221 总钛浓度 根据工艺要求，酸解钛液中总钛浓度为 130g/L Ti3+浓度=0.0221 130=2.873 g/L Ti3+含量=2.873 553.55=1.59天 酸解钛液物料组成 组分 TiO2 H2SO4 FeSO4 Ti3+ 含量（t 68.45 46.343 127.802 1.59 4.1.2 沉降及泥浆处理工序物料衡算 沉降过程中需要加絮凝剂对酸解后的钛液进行净化 ， 所需絮凝剂溶液浓度为 0.1%，则需要对絮凝剂进行配置. 27 / 43 每 20Kg 絮凝剂需要加 3m3水溶解，然后再加 17 个 m3稀释水稀释，然后得到浓 度为 0.1%的絮凝剂溶液。 每配制

53、1m3浓度为 0.1%絮凝剂溶液，需要加入絮凝剂 1kg 配置好的絮凝剂加量为：24L/m3钛液 每 1m3钛液需要 24L 絮凝剂溶液，则需要 0.024Kg 絮凝剂 每天酸解钛液得到总体积 V 可计算得出，每天消耗絮凝剂的量 =0.024刃刃=0.024X553.55 m3=13.285kg/天 4.1.3 酸解热量衡算 酸解过程的主要热化学反应方程式如下： TiO2+ 2H2SO4 (SO42 + 2H2O+Q 1) TiO2 + H2SO4 iOSO4 +H2O+5.84 千卡 3 +3H2O+33.8 千卡 3) FeO+ H2SO4 SC4+H2O+29 千卡3+ FeSC4+ H

54、2O5) 1)矿粉和硫酸预混合后放热量 按工艺要求矿粉水份含量0.5% +18=42530.56mol 93%硫酸的摩尔量 n2=260.80 X0 为为8=2.661 X0 mol 6 n0= n1+ n2=42530.56x2.661 X10 ) =0.016mol 溶解热 Hf=v-17860n。)xno+1.789) 则总的溶解热 H1=2.661X106X-17860 0.016) +0.016+1.789) =-4.213 108 卡 X =-4.213 108X4.183X1.763 10kJ/天 106) =0.5464mol 溶解热 Hf=0.5464) +0.5464+1.

55、789) =-1.112 1010 卡 X =-1.112 1010X4.183=-4.653 107 kJ/天 28 / 43 2 + 2H2O+Q 1) TiO2 + H2SO4 -tOSO4 +H2O+5.84 千卡 -5.84) X1000= -1.118 1&卡29 / 43 =-1.118 1010 X X4.183= -4.678 1&kJ/天 3 +3H2O+33.8 千卡 3） FeO+ H2SO4 SO4+H2O+29 千卡 4） 由物料衡算中得出每天投入得钛精矿 153.11t 中含有 Fe2O3的总量 Fe2O3 的总量=153.11 5.85% =8.

56、957t/天 Fe?O3 的总摩尔量=9.19/160=0.056 106 mol 每摩尔的 Fe2O3与浓硫酸反应放热量为 33.8 千卡 则 0.0574 为 06 mol 钛精矿与浓硫酸反应产生的热量为： Q三氧化二铁 =0.056 X06 mol X-33.8 千卡）=-1.893 1%9卡 =-1.893 109 卡4.183= -7.919 107kJ 106 mol 氧化铁与浓硫酸反应产生的热量为： Q 氧化铁=0.7484 106 mol 5=27.52 m /天 沉降后钛液去结晶的体积=550.78-27.52=523.26 m3/天 进入结晶器的钛液体积为 523.26/天

57、，设计中沉降钛液总钛浓度工艺指标控制 在 130g/L 左右。 则进入结晶器的钛液总钛总质量=525.26 1301000=68.284t/天 （1） 结晶后钛液体积 按工艺设计要求结晶工序收率定为 99.5%， 则结晶后钛液总钛总质量=68.284 99.5 % =67.943t/天 天伦化工结晶后钛液总钛浓度控制指标为 170g/L 则可以计算出结晶后钛液体积 V 结晶=67.943T701000=399.665 m3/天 （2） 结晶蒸发的水 结晶前钛液的体积为 523.26 m3/天，结晶后钛液的体积为 399.665 m3/天 则可以计算出结晶钛液减少的体积=523.26-399.6

58、65=123.995 需需/ /天 钛液减少的体积即为结晶蒸发的水的体积 所以结晶蒸发水的体积为 123.995 m3/天 33 水的密度为 1X0kg/m 可以计算出结晶蒸发水的质量=123.995 1 103kg/m3=123.995t/天 （3） 结晶消耗的蒸汽 按照经验数据结晶工序每蒸发 1kg 水需要消耗蒸汽 1.45kg 结晶蒸发的水质量为123.995天 所以可以由此计算出消耗的蒸汽的质量 消耗的蒸汽质量=123.995 1.45=179.79t 天 4.2.2 圆盘过滤工序物料衡算 1 ）圆盘过滤后钛液体积 结晶后钛液进入圆盘过滤，进入圆盘过滤的钛液体积为 399.665 m3

59、/天 按工艺要求控制圆盘过滤工序收率为 99 % 则圆盘过滤后钛液总钛总质量 钛液总质量=67.943 ）99% =67.264t/天 按工艺指标圆盘过滤后钛液总钛浓度控31 / 43 制在 160g/L 可以计算出圆盘过滤后钛液体积 圆盘过滤钛液体积 V圆盘=67.264 勻 60X1000=420.4 m3/天 /56=0.70 圆盘过滤后钛液中硫酸亚铁总质量 =420.4 X.16 X.7=47.085t/天 酸解物料衡算中已算出酸解钛液中 FeSO4的总质量 则析出的绿矶中含 FeSC4的质量=127.802-47.085=80.717t 天 FeSO4的摩尔质量为 152g/mol

60、这部分 FeSCh 的摩尔数=80.717152=0.531 X06mol FeSCh 7H2O 的摩尔质量为 278 g/mol 析出的 FeSC4 7H2O=0.531 X06X278=147.628t/天 4.2.3 控制过滤工序物料衡算 1 ）控制过滤后钛液体积 圆盘过滤后钛液进入控制过滤，进入控制过滤的钛液体积为 420.4m3/天 按工艺要求控制圆盘过滤工序收率为 99.5% 则控制过滤后钛液总钛总质量 钛液总质量=67.264 X9.5% =66.928t/天 按照工艺指标控制过滤总钛浓度控制在 160 g/L 则控制过滤后钛液体积 V控制过滤=66.928t160X1000=418.3 m3/天 2