4万吨每年硫酸法金红石钛白黑段设计

1、摘 要钛白粉是目前世界上性能最佳的白色颜料，被广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨、橡胶、化纤等工业。由于钛白粉生产需要较大资金的投入，另外还存在着工艺过程复杂、关键技术保密、三废处理困难等特殊性，尽管我国钛资源十分丰富，但钛白工业却相对落后。本课题主要研究内容是设计4万吨/年硫酸法金红石钛粉厂黑段的设计。包括工艺技术方案的选择、原辅材料、燃料及动力的供应、节能、环境保护等的讨论，并绘制带控制点的工艺流程图，通过选择合理的工艺路线，进行产能的优化，最终达到设计的合理性和可行性。在设计中，以每天得产能为依据，为设备的选型和设计提供了依据。在设备选型阶段，对主要过程设备进行了设计计算。对生产过程中产生

2、的三废进行了计算，并提出处理流程。通过编写设计说明书，加深对钛白粉黑段的认知，在此基础上绘制带控制点的工艺流程图，并列出主要的设备。关键词 4万吨每年硫酸法钛白，金红石，工艺设计ABSTRACTTitanium pigment is currently the best performance of white paint, and it is widely used in the coatings, plastics, papermaking, printing ink, rubber, chemical fiber and other industries. Due to large am

3、ount of capital invested on production of Titanium pigment, in addition, the particularity exists: the technical process is complicated, and the key technology is surreptitious and the three wastes treatment is difficult; though titanium resources are very rich in China, the titanium pigment industr

4、y is relatively backward. The main study content of this issue is to design and research 40,000 tons / year of sulfate process titanium dioxide plant, including the choice of technical skill program, auxiliary materials, supply of fuel and power, energy saving, environmental protection and other dis

5、cussions. And the technological flow sheet with control point plans is drawn, and the production capacity is optimized through choosing a reasonable route for the optimization of production so as to design reasonably and feasibly. In the design, with a daily capacity basis for the selection and desi

6、gn of the equipment provided a basis. In equipment selection stage, the main process equipment design and calculation. The production process of the waste was calculated, and proposed processes.Through the preparation of brochures designed to enhance the awareness of titanium white. On the basis of

7、the mapping process with the control point plans .And sets out the main equipment.Keywords 40,000 tons of titanium dioxide per year sulfuric acid, rutile, process design目 录摘 要.ABSTRACT.1绪论.11.1概述.11.1.1项目概况.11.1.2项目建设的目的、意义11.1.3设计的主要成果21.1.4设计中存在的问题212设计依据、设计原则21.2.1设计依据.21.2.2设计原则.313设计范围.31.3.1钛白

8、装置.31.3.2辅助工程.32 硫酸法钛白生产黑段工艺设计说明.42.1原矿粉碎.62.1.1工艺目的62.1.2矿粉粒度要求62.1.3粉碎设备62.1.4原矿粉碎工艺流程简述62.1.5原矿粉碎工艺流程框图62.2酸解72.2.1酸解的目的72.2.2酸解的原理72.2.3钛铁矿酸解的工艺过程82.2.4酸解工艺流程简述92.2.5酸解工艺流程框图102.3沉降及热过滤102.3.1沉降的目的102.3.2沉降的基本原理112.3.3沉降工艺流程简述112.3.4沉降工艺流程框图112.4控制过滤122.4.1控制过滤的目的122.4.2控制过滤工艺流程简述122.4.3控制过滤工艺流程

9、框图122.5浓缩122.5.1浓缩的目的122.5.2浓缩工艺流程简述132.5.3浓缩工艺流程框图133物料及热量衡算143.1物料衡算143.1.1高钛渣、钛精矿143.1.2浓硫酸143.1.3沉降153.1.4压滤153.1.5浓缩153.2热量衡算153.2.1钛矿粉碎153.2.2酸矿预混合153.2.3酸解153.2.4沉降163.2.5浓缩164设备选型184.1球磨系统的选择184.2酸解锅的选择184.3沉降池的选择18 4.4浓缩器的选择194.5工程主要设备配置一览表195污染治理及排放205.1废气的治理及排放205.1.1钛白粉装置废气205.1.2无组织排放20

10、5.2废酸的产生及处理205.3废水的治理及排放205.3.1工业废水205.3.2污水处理站废水治理及排放情况216项目分析226.1建设项目概况.226.1.1建设项目名称、性质和地点226.1.2建设规模、内容226.1.3工程建设内容及项目组成226.1.4工程建设内容及项目组成226.1.5劳动定员及生产制度237结论.24参考文献.25致 谢.261 绪论11概述1.1.1项目概况基于攀枝花市“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势，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、

11、应用和引进国内外钒钛领域的先进科技成果；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1。结合攀枝花发展钒钛产业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，我们提出在攀枝花钒钛产业园区选址建设一个年产4万吨/年的硫酸法金红石钛白粉厂。以此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。1.1.2项目建设的目的、意义钛白粉是目前世界上性能最佳的白色颜料，

12、被广泛应用于涂料、塑料、造纸、油墨、橡胶、化纤等工业。由于其应用领域的进一步拓展，钛白粉已渗透到人们生活的各个角落，成为一种重要的无机化工产品，其销售值位于世界无机化工产品的第三位，仅次于合成氨和磷酸。因此，钛白粉消费量的多寡，可以衡量一个国家生活水平的高低。我国钛资源十分丰富，但钛白工业却相对落后。目前全国钛白粉人均消费量不足0.3千克，相当于北美地区的二十分之一, 西欧的十分之一。除了产量低之外，国内钛白粉的产品结构也极不合理，锐钛产能过剩，而高档金红石型钛白粉严重短缺，主要依赖进口，1999年进口10.9万吨， 2000年又进口14.5万吨，花费了大量的外汇2。攀枝花地区拥有占全国90%

13、、世界35%的钛资源。然而，现有年产1万吨钛白的生产规模并没有充分发挥攀枝花的钛资源优势，与全国钛工业基地的称号也相差甚远，现有的钛白产品品种和质量也不能满足国内市场的需求，更谈不上参与国际钛白市场的竞争。在攀枝花地区建设大型硫酸法金红石型钛白装置，可以充分利用攀枝花地区丰富的钛资源、水资源、电资源、煤炭资源、石灰石资源，真正变资源优势为产品优势，这样企业不仅可以长期发展，还可以带动相关产业链的发展。本工程的建设，将形成4万吨/年国内紧缺的高档金红石型钛白粉的供应能力，这对有效缓解国内市场高档钛白供应的紧张状况，替代进口产品，节省国家外汇都将起到积极的作用3。同时对巩固攀枝花钛工业基地的地位，

14、推动国内钛白工业的技术进步，提高我国钛白工业在国际同行中的地位和市场竞争能力也将具有十分重要的意义。尤其是本项目以高钛渣为原料，体现了国际硫酸法钛白发展的最新方向，在“清洁生产”方面树立了新的典范，可有效带动国内硫酸法钛白产业的发展。1.1.3设计的主要成果装置和设备设计大型化装置大型化可降低单位产品投资，提高产品竞争力，同时能够更好的消化因环保治理导致成本增加的压力。设备大型化可提高设备有效利用率，减少频繁操作给产品质量带来的波动，减少装置的占地面积。设计适合各种用途的专用产品由于钛白粉用途的不断拓展，新产品不断涌现。世界各大钛白粉生产厂家在保持传统行业竞争优势的同时，致力于专用产品的开发和

15、推广应用，拥有完善的科研开发及应用体系，更加注重技术的进步。因此本次设计开发了适合各种用途的专用产品。注重清洁生产硫酸法钛白粉清洁生产，除最大限度地将污染源消减和循环利用外，更重要的是改变依靠末端治理的传统思想，通过改进原料路线及生产工艺，达到消减污染保护环境的目的。本设计采用酸溶性钛渣和废酸浓缩综合利用是硫酸法钛白粉清洁生产的发展方向。1.1.4设计中存在的问题设计中尚存在的问题主要是在处理局部与整体的关系上不能很好把握，在进行设计的优化过程中可能顾此失彼，所以整体设计不是完美。另外在硫酸法生产钛白粉产生大量“三废”的治理上还不是很完善，这些问题都有待于在今后的工作中结合生产实际加以补充、更

16、正。12设计依据、设计原则1.2.1设计依据生物与化学工程学院下发的本科毕业设计任务书；通过文献查得的基本资料和数据；相关的国家标准（化工建设项目环境保护设计规定HGJ 6-86，机械制图GB 4457.4-4460-84，国际单位制及其应用GB 3100-93，热学的量和单位GB 3102.4-93）。1.2.2设计原则积极贯彻执行国家基本建设的方针政策, 严格执行国家和项目所在省、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；重视优化设计方案工作，提高设计水平和降低工程投资额；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

17、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。13设计范围根据生产要求设计4万吨/年硫酸法金红石钛白粉厂黑段的装置、辅助生产装置和公用工程基础。具体设计内容包括：1.3.1钛白装置原料破碎工序：配置球磨机及相应配套设备；酸解-泥浆处理工序：配置酸解罐、沉降槽；浓缩：配置薄膜浓缩器。1.3.2辅助工程锅炉房：配置循环流化床蒸汽锅炉；空压站：配置水冷螺杆式空气压缩机。2 硫酸法钛白生产黑段工艺设计说明到目前为止，钛白粉的工业生产方法应用较广的是硫酸法和氯化法，此次设计采用的是硫酸法生产金红石钛白5。硫酸法的生产操作程序非常复杂，其基本化学反应中包含有一系列的简单的化学反

18、应，硫酸法的三步最基本的化学反应分别是在酸解、水解和煅烧阶段中发生的：酸解：将钛渣及钛精矿中的TiO2用硫酸分解为可溶性硫酸氧钛FeTiO3 + 2 H2SO4 FeSO4 + TiOSO4 +2H2O水解：硫酸氧钛水解生成水合二氧化钛（TiO2·H2O）（偏钛酸）TiOSO4 + H2O H2TiO3 + H2SO4煅烧：水合二氧化钛煅烧脱水变成二氧化钛 H2TiO3 TiO2+H2O硫酸法金红石钛白生产工艺见图2.1：工艺过程简述如下：首先将钛矿原料干燥并经研磨，再用硫酸分解。酸解反应前，用机械搅拌或压缩空气先将矿粉和硫酸的混合物搅拌均匀，加入引发液利用硫酸的稀释热引发酸解反应，

19、反应产物是钛、二价和三价铁、其它金属的硫酸盐，是一种多孔性的固相物。加入水或稀硫酸浸取固相物，得到钛的硫酸盐溶液称为钛液。在钛液中加入铁粉或铁屑，使其中的高价铁还原成亚铁，便于后面工序中分离。然后让钛液静置沉降，除去氧化硅和未反应的钛矿一类的固体残渣，钛液在沉降之前，需加入絮凝剂使其中的胶体物质絮凝沉降，为了提高沉降后钛液的质量，用过滤的方式降去一部分未沉降的杂质。初步净化后的钛液根据工艺要求的铁钛比用冷冻或真空结晶，让大部分硫酸亚铁结晶析出而得以分离，分离亚铁后通过控制过滤除去钛液中的微量残渣。然后对钛液进行浓缩，使钛液浓度提高到水解所要求的浓度。钛液的水解是硫酸法生产钛白粉最关键的一步，为

20、确保水解产物的质量，水解条件必须严格控制。水解快结束时用水稀释，可提高钛液的水解率，但稀释过度，则会影响水合二氧化钛的质量6。水解所得的水合二氧化钛经过滤除去所吸附的母液后用水洗涤，其酸性滤液应回收处理。水洗以后的水合二氧化钛在酸性和还原条件下进行漂白和漂洗除去残存的微量杂质铁，然后加入少量能控制晶体成长的物质(盐处理剂)，再进行煅烧。水合二氧化钛的煅烧是很重要的工序，煅烧是在有一定倾角的转窑内进行的。水合二氧化钛在转窑内首先脱除水分，再脱除吸附的三氧化硫，最后是晶体的成长以及向金红石型转化过程，其中晶体成长和晶型转化是在高温条件下进行的，必须仔细控制。煅烧后的二氧化钛粗制品经研磨、分级(如是

21、锐钛型经研磨后就得到产品)后，用无机、有机物对二氧化钛进行表面处理，最后对表面处理后的二氧化钛进行洗涤、干燥和粉碎，得到金红石型二氧化钛产品。钛渣、钛矿球 磨浓硫酸 压空 小度水/废酸酸 解沉 降板 框 过 滤浓 缩水 解水 洗废酸去废酸浓缩系统废水去煅烧尾气喷淋系统漂 白金红石晶种漂 洗废酸去废酸浓缩漂洗水偏钛酸晶种制备金红石晶种尾气尾气处理系统稀碱液窑前压榨煅 烧 尾气处理打 浆废水去污水处理砂 磨表面处理化学品制备过滤洗涤闪蒸干燥气流粉碎蒸汽成品包装泥浆去污水处理图2.1 硫酸法金红石钛白生产工艺流程图7钛白粉黑段主要包括原矿粉碎工序、酸解、沉降、控制过滤、真空浓缩工序。下面就此次设计的

22、黑段部分主要工艺流程作如下叙述。21原矿粉碎2.1.1工艺目的经过精选的钛铁矿砂，或是经初步破碎的高钛渣，粒度不规范比较粗，为了与硫酸反应能顺利进行并反应完全，提高酸解率，因此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。 2.1.2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。龙蟒钛白粉生产工艺要求细度为过325目筛余1525%8。粒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

23、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。2.1.3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，粉碎后的物料由热风炉送入的热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9。2.1.4原矿粉碎工艺流程简述原料钛铁矿粉由斗式提升机送入磨前贮斗，经圆盘给料机定量加入风扫磨进行粉碎。磨细矿粉从

24、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，含尘气体由循环风机抽吸，抽出的含尘气体的输送分三个支流：一部分含尘气体去风扫磨机头作为补充风量，一部分含尘气体去风扫磨机尾作为输送矿粉的动力，另一部分含尘气体经布袋除尘器收尘后清净的尾气由排风机排入大气；旋风分离后的矿粉经振动料斗送入仓式输送泵，经仓式输送泵用压缩空气把矿粉送入矿粉计量贮斗作为酸解工序原料备用。2.1.5原矿粉碎工艺流程框图酸溶钛渣、钛精矿原料库原矿贮斗斗提机磨前贮斗给料器热风炉风扫磨分极机旋风分离器振动料斗循环风机布袋除尘器排风机排空仓

25、式输送泵计量贮斗粗粉酸解图2.2 原矿粉碎工艺流程图2.2酸解2.2.1酸解的目的把难溶的钛铁矿中的钛、铁等元素化合物转化为可溶性的硫酸盐类，以便后面各工序把杂质除去。2.2.2酸解的原理钛铁矿主要化学成份是偏钛酸铁，属弱酸弱碱盐，所以用硫酸这样的强酸与它反应，反应基本上是不可逆的，并能够进行得比较完全，若与过量的硫酸反应可生成可溶性的钛盐(包括Ti4+和TiO2+的盐)。从热力学数据可知，酸解是放热反应。矿中所含其它矿分的氧化物、硫化物、砷化物、磷酸盐等也被硫酸分解而转入到溶液中，利用溶液的特性，通过物理和化学方法，可有效地把铁、硅、锰、钒、铬等元素与钛分离，制得纯净的成品。硫酸分解钛铁矿发

26、生的反应，可用下列反应式来表示：FeTiO3 + 3H2SO4 FeSO4 + Ti(SO4)2 + 3H2O （1）FeTiO3 + 2 H2SO4 FeSO4 + TiOSO4 +2H2O+Q(5.84+29)千卡 （2）Fe2O3 + 3 H2SO4 Fe2(SO4)3 +3H2O+33.8千卡 （3）其中，硫酸氧钛的生成，也可视为硫酸钛初步水解的产物：Ti(SO4)2 + H2O TiOSO4 + H2SO4 （4）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

27、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。2.2.3钛铁矿的酸解工艺过程钛铁矿的酸解工艺操作，大致可分为以下四个步骤：钛铁矿的分解、反应产物的熟化与冷却、浸取、还原10。钛铁矿的分解钛铁矿与硫酸在不超过40的温度下混匀后由预混合罐放入酸解罐中，在压缩空气激烈搅拌下加起始水（工艺水或25%硫酸）引发反应。反应开始时酸解罐中有白烟从人孔处外溢，酸解罐有轻微振感，由于反应放热，温度急剧上升，数分钟内可猛增百余度，最高温度可达200左右，随着白烟越来越浓，酸解罐明显振动，反应体系体积瞬间膨胀产生大量泡沫。硫酸中的水分以水蒸汽的形式夹带着酸雾、二氧化硫、三氧化硫及矿粉很快蒸

28、发。主反应在大约6分钟内结束，形成多孔疏松的固相物。反应产物的熟化与冷却主反应结束后，减小压缩空气流量，此时固相物温度约180200，保温熟化一段时间让其慢慢冷却，使未反应的钛铁矿利用此温度与固相物中残存的游离硫酸继续反应。一般来说，钛精矿的酸解率可达95%97%，而实际生产中酸解率的85%90%是在主反应期间完成的，熟化一定时间可使酸解率提高5%10%。确定熟化时间的长短应根据主反应的激烈程度、投矿量的大小、室温的高低以及酸解罐的构造和完善程度而定。熟化的起始时间以主反应结束计。熟化时间过长，则由于固相物温度的逐步降低而使得其与游离硫酸的反应逐渐停止，酸解率的提高便不明显，而浸取的时间却要明

29、显增长；熟化时间过短，则起不到熟化以提高酸解率的作用。对于此次设计选用160m3这样的大型酸解罐来说，熟化时间需要90150分钟11。浸取浸取是指在压缩空气搅拌、严格控制浸取液浓度和酸度的情况下，用水或部分稀废酸、小度水（低TiO2浓度的回收液）将反应固相物溶解，使钛和铁等金属的硫酸盐转至溶液中的过程。加水浸取的时间为两小时。工业生产中一般先加稀废酸（水解产物偏钛酸过滤后的母液）后加水或小度水。酸解时加入稀废酸不仅可以降低浸取时的温度、增加溶液的酸度以防止早期水解(所谓早期水解是指钛液尚未进行热水解就开始析出偏钛酸或正钛酸)，还可以同时降低反应时的酸矿比而节约硫酸的消耗。由于小度水是洗涤泥渣、

30、亚铁和清洗钛液贮槽等含有低浓度TiO2的钛液，所以用小度水则可提高钛的收率、降低钛的损失。浸取时重新增大压缩空气的流量，在压缩空气搅拌下先以大量的浸取液（水或稀废酸）迅速浸没固相物后，再以一定的速率把浸取液加入酸解罐中。如果加水速度太慢，则由于刚开始浸取时固相物温度仍较高，水量较少将导致表面浸出物局部温度过高容易造成早期水解；加水速度太快，由于固相物的溶解有一个过程，则会致使短时间内局部溶液浓度和酸度过低，加之此时的温度还较高，也易发生早期水解。早期水解生成的不定型的的乳白色胶体颗粒粒径细而不规则，不仅影响浸取而且在沉淀时部分会随泥渣一道沉降下来使钛的收率降低，在过滤时这些胶体颗粒又会堵塞滤布

31、，增加过滤操作的难度，更为严重的是水解时它们还会充当不良的结晶中心，影响水解产物的粒径和粒径分布，从而最终降低颜料的性能。还原从电极电位可知氧化型的氧化能力为Fe2+<Ti4+<Fe3+；还原型的还原能力Fe2+<Ti3+<Fe0<Zn0<Al0。反应固相物溶解后，用铁屑把Fe3+还原成Fe2+。一般在浸取进行了一小时后就加入与钛铁矿中高铁含量大致相当的还原铁粉。由于还原反应是一个放热反应，为避免因反应放热使温度升高过快而导致钛液稳定性下降，铁粉可分批加入，并通过调节压缩空气的流量以及所加浸取液的数量将还原时的温度始终控制在70以下，且温升不大于6。然后根据

32、酸解工艺的具体要求，将装有铁粉的钛篮吊入酸解罐进行微调。当溶液中有四价钛被还原成三价钛时，溶液会从土黄色变为紫黑色，这是因为三价钛在溶液中实际上是以Ti2（SO4）3·6H2O的紫黑色络合物的形式存在的。主要涉及的化学反应可描述如下：Fe + Fe2(SO4)3 = 3FeSO4 （5）2TiOSO4 + Fe + 2H2SO4 = Ti2(SO4)3+ FeSO4 + 2H2O （6）根据氧化还原反应的电极电位，溶液中的还原剂首先与氧化性作用较强的三价铁反应，待溶液中的三价铁全部被还原成二价铁后，四价钛才参与反应被还原成三价钛。因此一旦溶液中出现三价钛就表明体系中的三价铁已全部被还

33、原成了二价铁。溶液中保持一定的三价钛含量可以有效防止已被还原的低价态的金属离子在以后的生产中再被氧化成高价状态，但由于三价钛只有在pH大于3时才能水解，因此其含量过高虽然对质量有好处却会降低水解率，增加钛的损失，经济上很不划算。所以工业生产中一般保持钛液中的三价钛含量（以TiO2计）在13g/l左右。2.2.4酸解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

34、度时开始发生酸解反应。22%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水力喷射器喷淋再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水力喷射器和喷淋烟囱，喷淋后的水回流至循环水池。其循环水池的水达到一定浓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

35、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摄氏度，还原结束后取样送化验室，制备好的钛液经钛液泵槽由钛液泵送入后工序澄清池。2.2.5酸解工艺流程框图酸解锅引发液计量槽矿粉计量贮斗预混槽98%酸铁粉98%酸计量槽浸取水25%酸贮槽小度水贮槽水力喷射器尾气喷淋烟囱钛液料浆泵槽钛液去沉降工段补充水去污水处理循环水池排空压缩空气图2.3 酸解工艺流程图2.3沉降及热过滤2.3.1沉降的目的沉降是借助于重力作用，除去钛液中的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速度，同时胶体颗粒如不除去，在以后的水解时便成

36、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。2.3.2沉降的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产生共沉淀，以除去钛液中的不溶性杂质和胶体杂质。2.3.3 沉降工艺流程简述浸取、还原后的钛液由钛液泵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。为了提高产品质量，沉清后的液体由钛液泵打入压滤机进行热过滤，滤液用清钛液泵打入结晶岗位的供料槽中，滤渣送入泥浆槽中。沉降槽中沉降下来的泥浆，由泥浆泵间

37、歇地打入泥浆槽中，在此经过加热后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，滤饼则进行二次浆化，然后再次泵入厢式压滤机中压滤，所得滤液去酸解工序作浸取的小度水，残渣则泵去污水处理站处理。2.3.4 沉降工艺流程框图絮凝剂稀释槽絮凝剂配制槽磷酸三钠 外购AMPAM 沉 降 槽厢式压滤机泥浆浆化、加热槽厢式压滤机木炭粉配制槽厢式压滤机滤液混合器外购甲醛、二甲胺钛液精钛液清钛液外购木炭粉泥渣去渣场工艺水图2.4 沉降及热过滤工艺流程图2.4控制过滤2.4.1控制过滤的目的经沉降后的钛液仍含有胶体、机械杂质，它们的表面吸附重金属离子，如不除去，则在水解时会形成不良的结晶中心，影响偏钛酸粒子的

38、大小和形状，从而最终影响成品的质量(特别是白度、消色力)。钛液控制过滤的目的，就是除去这些杂质，使钛液进一步净化，保证水解钛液的质量。2.4.2控制过滤工艺流程简述将木炭粉与少许滤液在木炭浆制备槽中配制成浆后，用泵打入厢式压滤机，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。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，并用小车运去锅炉房掺烧。2.4.3控制过滤工艺流程框图厢式压滤机工艺水洗水

39、压缩空气木炭浆配制槽木炭粉精钛液贮槽去浓缩高位槽废渣运去锅炉掺烧洗水去一洗液泵槽木炭浆钛液图2.5 控制过滤工艺流程图2.5浓缩2.5.1浓缩的目的钛液浓度直接影响水解速率的快慢，而水解速度又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，这样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200220g/l，而采用自生晶种法水解工艺时，则一般要求控制在230260g/l。2.5.2浓缩工艺流程简述精钛液经高位槽后，按一定的流速进入薄

40、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钛液调配槽。合格浓钛液送到水解工序钛液预热槽备用，不合格钛液回到钛液贮槽。从薄膜蒸发器蒸发出来的二次蒸汽，经脱盐水预热器用脱盐水间接冷凝，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，冷凝液送入循环水槽，不凝性气体被水环真空泵抽出排空。薄膜蒸发器使用一定时间，需排净钛液，用来自氢氟酸循环槽的氢氟酸对薄膜蒸发器进行洗涤。2.5.3浓缩工艺流程框图脱盐水预热槽混合冷凝器水环真空泵钛液液封槽钛液调配槽氢氟酸循环槽循环上水脱盐水去水洗高位槽精钛液钛液高位槽饱和蒸汽薄膜蒸发器排空地沟去水解工序预热槽脱盐水外购氢氟酸图2.6 浓缩工

41、艺流程图3 物料及热量衡算本项目拟定使用的原辅料成份见下表：表3.1 本项目拟使用钛渣的化学组份表：（以重量计%）名 称组 份名 称组 份TiO279CaO0.86TFe7.5V2O51.46MgO1.54Al2O32.7SiO23.3FeO7.98Ti3+6.14表3.2 本项目拟使用钛精矿的化学组分（以重量计%）名称组分名称组分名称组分TiO247.16CaO1.39V2O50.087FeO34.72MnO0.619Cr0.005Fe2O35.70S0.157CoO0.01Mg05.26CuO0.004Al2O31.21SiO22.96P2O50.006其它0.7113.1物料衡算计算依据

42、：总收率85% 年产量4万吨 工作日330天 平均日产40000/330/85%=142.6吨3.1.1原矿粉碎计算依据：矿品位：高钛渣含TiO279% 钛精矿含TiO247% 高钛渣钛精矿=73日需磨矿:高钛渣（A）钛精矿（B），0.79A0.47B142.63A7B经计算得出需磨高钛渣143.83吨/天，需磨钛精矿61.73吨/天3.1.2酸解综合所选择得工艺技术条件，结合本次设计所选的原料，本次设计选用98%的硫酸按酸矿比钛矿硫酸（质量比，以98%计）11.68×98%11.65.根据工厂经验，酸解率为94%，那么酸解反应所需98%的硫酸的质量m1.65×(143.8

43、361.73) 339.17吨/天由于在矿酸预混合放料后还要加5m3的洗涤酸，故总共需加入98%的酸的质量为339.175×1.84348.37吨/天，总体积为348.37/1.84189.33m3。3.1.3沉降根据工厂经验沉降出液率为75%左右，那么沉降出的钛液的体积为V189.33×75%142.00m3。 3.1.4压滤根据工厂数据，压滤过程中有90%左右的钛液被过滤，则压滤过后的清钛液的体积V142.00×90%127.8m33.1.5浓缩按要求规定浓缩前钛液的浓度为170g/l190g/l，取中间平均数180g/l。浓缩后的钛液浓度为225g/l235

44、g/l，取中间平均数为230g/l。根据TiO2守恒，可算出清钛液在浓缩前后减少的体积为V142.6/(230180) 2.85m3，那么浓缩后的体积为V127.82.85124.95m33.2热量衡算3.2.1钛矿粉碎查得高钛渣得定压热容Cp0.73KJ/Kg,钛精矿得定压热容Cp0.70KJ/Kg,酸矿混合物得定压热容Cp0.63KJ/Kg12。按照钛白粉生产酸解岗位操作规程，磨后的矿粉的温度必须小于等于70，因为超过70在矿酸预混合事就会发生剧烈的反应，导致矿酸还没有进入酸解锅就发生难以控制的主反应，从而导致事故的发生，所以磨后的矿粉的温度必须小于等于70。以70计算，根据攀枝花的气候条

45、件，得知攀枝花矿的温度一般为15。那么可以得出在磨矿后钛矿所具有的热量为：QCp·m·t(0.7×61.730.73×143.83) ×（7015）8.15×106KJ3.2.2酸矿预混合按照钛白粉生产酸矿预混合岗位操作规程在此预混合过程中酸矿混合温度不能超过40，在此阶段由于是浓硫酸所以基本不与矿反应可以忽略此时产生的少量反应热，假设使酸矿混合物温度升高的热量来自磨矿阶段矿粉的热量那么酸矿混合物的温度为：T01.04×107/（0.63×345.34×1030.63×205.56×1

46、03）30通过计算达到规定酸矿混合物的温度不超过40的要求。3.2.3酸解为了反应时使钛铁矿活化，以加快酸解的速度，酸解时对矿酸混合物预热至60，在此过程中需要的热量为QCp矿酸mt=0.63×(143.8361.73348.37) ×(6030) 1.05×104KJ通过书籍查得二氧化钛、氧化铁、氧化亚铁与硫酸的反应热分别为302.3 KJ/Kg、885.1KJ/Kg、1688.9KJ/Kg。酸解主反应放出的热：Q3.023×105×142.661.73×0.057×8.851×10561.73×0.3

47、472×1.6889×106 1.104×108KJ硫酸的稀释热：由公式Q17860n×1.1863/(n1.983)其中n为稀释1mol硫酸所加入的水的摩尔数。根据工厂的经验浸取时的加水的质量与硫酸的加入量是1.61，在酸解后钛液的F值为1.952.05，取中间平均值2.00，根据F有效酸浓度/总TiO2浓度，而有效酸=与钛结合的酸游离酸，所以游离的酸的浓度有效酸总TiO2的浓度总TiO2浓度×（F1）180g/l所以游离的酸的质量为：m180×189.3334.08吨故加入水的质量为1.6×34.0854.53吨/天n(

48、34.08/18)/(54.53/98) 3.00mol所以硫酸被稀释所产生的热量为：Q17860×3×1.1863/(31.983) 1.28×104 KJ3.2.4沉降为了使沉降顺利，沉降的温度控制在45，浸取后的钛液的温度通常在50左右，所以只需要保持钛液的温度在45即可，采用辐射传热的方法，并视传热面的温度为45，对空气，对流辐射的联合传热系数aT9.80.07(twt) 12.25w/m2k，则单位面积的散热量qTaT.t12.25×(8045) 183.75w/m2。3.2.5浓缩浓缩的原理是采用薄膜蒸发器，依靠饱和蒸汽被冷凝是放出的热量将清

49、钛液中的水蒸发，以此来提高钛液的浓度。根据钛白粉厂生产的实例，浓缩前清钛液的浓度（以二氧化钛计）为170g/l190g/l，取中间数180g/l,浓缩后的钛液的浓度为220g/l240g/l，也取中间数为230g/l。在浓缩过程中钛液减少的体积及为蒸发掉的水，减少的体积为：V=142.6/(230180)=2.85m3通过热力学书查得在0.07MPa下饱和液体的气化温度为90，气化热为376.92KJ/Kg。则浓缩所需热量为(冷凝水的温度为30)：QCpmt2850×376.92×(9030) 6.45×107KJ4 设备选型4.1球磨系统的选择根据生产要求每天要

50、磨矿205.56吨,每天以20小时计则每小时需要磨矿205.56/2010.28吨,参考此要求选择一台2.8m×6.1m的球磨机,则其体积为:V3.14×1.4×1.4×6.137.54 m3其筒体有效容积为36.94 m3，每小时的进料量为1012吨，理论上一天可磨矿约为200240吨，由于存在着对矿粉细度的要求（高钛渣细度：280325目筛余物3%8%；钛精矿细度：280325目筛余物13%18%），所以实际上每天可磨矿约为164233吨。该球磨机能够满足4万吨/年钛白的产量设计。此外，和球磨配套的分级机、布袋除尘器、风机等都要相互匹配，满足设计产量的要求。4.2酸解锅的选择根据钛白生产酸解反应中1m3只能反应0.20吨矿粉的设计标准来计算13，则每天反应205.56吨的矿所需的反应