钛白生产工艺技术及设备的选择

钛白生产工艺技术及设备的选择

1我国钛白工业的发展现状世界上（不包括中国大陆）39家硫酸商硫酸厂的最大生产规模为150kt。除了台湾和印度的一些工厂外，大多数工厂生产超过24kt。国际钛白界人士认为，硫酸年产量的最低产量应达到35.40kg/a。我国钛白粉2003年总产量约为470～490kt,生产厂家约有60家,最大产能为22.4kt/a,最小约3kt/a,平均约8kt/a,生产规模偏小。产品以通用性锐钛型为主,金红石型仅有约93kt/a。加入WTO以后,进口关税降低,国外大公司挺进中国市场,2003年钛白粉进口量约230kt,约占中国钛白表观消耗量的1/3,在这种情况下,我国钛白工业如何求生存、图发展已成为重要课题。钛白行业有识之士,曾提出联合重组,做大做强等十分有益的建议,但因各企业所处的环境不同,做起来就有差异,如有的采取联合重组的方式使企业做大做强;有的易地搬迁,扩产技改;有的建设新装置;有的对原有装置进行部分技术改造等。但无论上述哪种情况都面临着如何采用先进合理的工艺技术及合理选用设备的问题。本文着重分析和论述我国钛白生产工艺技术和设备的情况,与钛白界同仁,共同商榷。2硫酸钛溶液2.1风扫磨与小钛白充填的比选现有工业生产中,原矿粉碎采用风扫磨和雷蒙磨两种。大型风扫磨原先是从国外引进的设备。我院经多年努力,现已成功开发出Φ2.4m、Φ2.6m风扫磨及其系统,生产能力约为6t/h、10t/h,矿粉通过325目,筛余量6%～15%。而5R雷蒙磨生产能力为1.5～2t/h,矿粉通过325目,筛余量5%。两者相比,吨产品电耗基本持平,但风扫磨可配大的酸解罐(如130m3)。以20kt/a钛白粉计,仅用1台即可,且连续运行时间长,年可节约维修费约10万元。笔者认为10kt/a以上的钛白装置,宜选用风扫磨。而小钛白配小酸解罐(如30m3),亦可选用4R或5R雷蒙磨。河南省新乡县四达有限公司产MXD-900立式盘磨机,据称该机与4R雷蒙磨相比,产量可达1.8t/h,平均吨电耗仅为雷蒙磨的2/3,已在河南省漯河河兴茂钛化工厂试运行。2.2酸分解、渣和沉降2.2.1压力稳定控制稳定性技术酸解分为连续和间歇两种方法。据了解,国外个别厂家已采用连续酸解,其优点是酸解尾气容易处理,配套设施大大减少,控制稳定,但该技术在国外尚未普遍使用,还不足以替代原有的成熟装置。国内外大部分生产厂家采用间歇法酸解工艺,酸解罐视生产规模不同,选用30m3、50m3、130m3等。选用大型酸解罐,投矿批次量大,生产更趋稳定,但设备设计、加工、材料选用及尾气处理等会带来更多麻烦。从技术与生产规模统筹考虑,万吨级钛白装置,拟选用大型酸解罐为宜。2.2.2加入酸解罐内混合矿酸预混合有两种方法,一种是单独设计预混合器,矿酸先经预混合器混合后再加入酸解罐;另一种是在酸解罐内加完酸后,矿粉直接加入酸解罐内混合。目前采用后种方法居多,前者需要增加厂房的高度,工序操作较麻烦,但可以获得以下几点好处:①减少烟囱带走的矿粉损失;②缩短酸解罐操作周期,能保证12小时之内完成操作;③便于组织生产,平衡设备能力;④供给酸解用的压缩空气最大流量小一些,有利于空压机配套等。2.2.3化学成分处理50m3以下的酸解罐,酸解尾气采用水力喷射冷凝方式处理或动力波气体洗涤净化技术,其处理效果较好。100m3以上的酸解罐,瞬时的气量按小时计达几十万立方米,目前采用往排气烟囱上喷水,此法虽操作简单,效果却不太理想,如要解决此问题,可采用二级喷射(一级用水喷淋,二级用稀碱液洗涤),其效果会更好。2.2.4真空转鼓过滤机设备造价洗渣采用的设备有真空转鼓过滤机和板框压滤机两种。经比较,真空转鼓过滤机设备造价高,滤饼含水量高,但操作较方便等;板框压滤机滤饼含水量较低,滤饼便于外运,使用效果也不错,故被国内大多数生产厂家所选用。2.2.5沉降槽的配置钛液沉降采用沉降槽。视生产规模的不同沉降槽有十几立方米至数百立方米。按沉降理论所述,沉降器的沉降能力与其高度无关,仅由沉降速度及沉降器自由面积而定,目前小钛白配置1个酸解罐,配2个沉降槽,因受自由面积所限,使用效果欠佳,应改为一个沉降槽对数个酸解罐,增大自由面积,如万吨级的钛白装置,130m3酸解罐配400m3的沉降槽效果就较好。2.3结晶和硫酸亚铁的分离2.3.1以蒸发钛液为中心的真空结晶法结晶采用降低温度的方法,使黑钛液中的FeSO4·7H2O从钛液中结晶出来。降温措施有:一是采用低温介质,如低温盐水,低温水间接换热方式,即称冷冻结晶;另一种是采用在高真空状态下,钛液沸点降低,以通过蒸发水分而达到降低钛液温度的目的,即真空结晶。据报导,在相同条件下,真空结晶投资为冷冻结晶法的60%,真空结晶的运行费用为冷冻结晶法的57.8%。真空结晶源于国外引进装置,经十多年来的努力,现真空结晶器(Φ3.2m)的衬胶,侧面搅拌及配套的蒸汽喷射器等国内均能得到解决,真空结晶全套装置已在河南、四川、山东等地钛白粉厂生产线上运行。2.3.2国内外真空过滤机的分布硫酸亚铁分离分为离心分离和圆盘真空过滤分离两种。圆盘真空过滤机源于引进装置,现已国产化的有14m2圆盘真空过滤机。笔者曾在《钛白情报通讯》2002年第6期发表“国产圆盘真空过滤机在硫酸法钛白生产中的应用”一文,对国内外离心机与圆盘真空过滤机做了详细的比较。山东淄博万通机械厂产的14m2圆盘真空过滤机具有投资省,运行可靠,维修费用低,节电等优点,是硫酸亚铁分离可供选用的设备。2.3.3升膜蒸发技术精滤仍采用板框压滤机。钛液浓缩采用升膜蒸发技术和热泵蒸发技术两种方法。升膜蒸发技术有单效或双效蒸发,国内已广泛使用,本文不赘述;热泵蒸发技术是一种新型技术,它主要利用蒸汽喷射泵抽蒸发分离器的二次蒸汽,加热蒸发器内的浓缩液,以节省加热蒸汽用量,我院已拥有热泵蒸发技术。3热晶种的选择钛液水解技术有加外晶种和自生晶种两种,均属常压水解。两种相比,加外晶种可采取高浓度的热晶种,水解钛液浓度在195～200g/l,这对节省浓缩蒸汽用量和强化现有浓缩设备是有好处的。水解后钛液冷却原用冷却槽内加烫铅钢管做为冷却水管,但烫铅钢管易坏,现改用石墨冷却器后,使用效果良好。4压滤机和钛铁矿偏钛酸水洗(亦称一次水洗)、漂洗(亦称二次水洗)、TiO2洗涤(亦称三次水洗)采用叶滤机和隔膜压滤机两种。叶滤机在国内外均有成熟的经验,隔膜压滤机在国外如马来西亚家权州HTM公司等厂家已使用多年,具有良好的效果。国内已有厂家在生产中使用隔膜压滤机,据称一次水洗尚未达到预期的效果,主要是钛铁矿品位、设备选型和工艺操作尚需摸索。压滤机与叶滤机相比,具有改善操作环境,提高产品质量,自动化水平高和节电等优点。漂白工艺有铝粉漂白和三价钛漂白工艺。两种工艺相比,在动力消耗上大体相当,铝粉消耗相差也不算大,而硫酸的消耗,铝粉漂白比三价钛漂白要多约160kg/t钛白,故工业生产推荐用三价钛漂白工艺。5盐处理和钛酸沉积层模拟5.1鼓过滤机或压滤机脱水转窑盐处理的加盐方式有:一种是国内普遍采用的在盐处理罐内加盐,搅拌均匀后经真空转鼓过滤机或压滤机脱水后进转窑,缺点是盐液损失大;另一种加盐方法是在偏钛酸液经真空转鼓过滤机脱水后,盐液不断加入输送滤饼的螺旋输送机内,在输送过程中均匀混合后进入转窑,没有盐量的损失,且盐含量稳定,采用这种方式,产品质量未见受其影响。5.2煅烧尾气处理系统偏钛酸在回转窑内经脱水、脱硫、晶型转化和粒子成长等一系列过程,确定了TiO2颜料粒子的基本性质。国内15～20kt/a钛白装置,转窑Φ2.8×53m,Φ3.2×55m大型转窑国内设计、制造均能解决,与转窑配套的燃烧器,在三套引进装置中都是国外进口的,现已实现了国产化配套。在煅烧尾气处理方面,近几年来处理技术日趋完善,如干法除灰装置——灰箱;CN过滤器用以回收循环冷却水中的偏钛酸;为降低循环冷却水的温度增设凉水塔;铅电雾或PVC电雾;尾气风机采用衬胶风机,衬胶技术已有改进,延长风机使用时间等。煅烧尾气的热量用于废酸浓缩,这项技术目前正在湖北某钛白粉厂做工业试验等。6德国分离的不排水机设备煅烧物料的粉碎,对生产金红石钛白粉而言,叫中间粉碎;对生产锐钛型钛白粉来说,则叫成品粉碎。国内外对煅烧物料粉碎均用雷蒙磨。国产4R、5R雷蒙磨有产量低,难以保证24小时连续运行,且检修次数多,产品易被污染等缺点。国内三套引进装置和近几年来新上15～20kt/a钛白粉装置,均引进德国NEA公司雷蒙磨,主机为五辊磨与分级机直联,供料系统为无级调整气锁与主机联锁,风机系统与分级机、袋式除尘器系统配套,该公司近年来推出的并用于钛白行业的雷蒙磨有五种牌号,即PM8、PM12、PM16、PM20和PM30,生产能力分别为1.8～2.0t/h,3～3.5t/h,4.5～5t/h,6.7～7.2t/h,～10t/h等。德国NEA雷蒙磨运行时间长,约一周才停车检查,加油一次;能保证产品325目,筛余0.01%～0.02%,并检测不出铁含量,产品质量好,吨钛白电耗低等。值得关注的是河南省新乡四达有限公司产MXD-900立式盘磨机,曾对国产金红石和锐钛型两种钛白粉进行试磨,据称,金红石型磨量为1.5t/h,锐钛型磨量为2.0t/h,最后产品规格,金红石型最大粒径13.20μm,最小0.5μm,平均1.33μm,比表面积1465m2/kg,从上述测试结果来看,磨机磨出钛白粉的粒径还是不错的,但尚未经试生产验证。7处理后7.1分散剂投料流程粗钛白经雷蒙磨粉碎之后得到TiO2物料,加入水和分散剂,并控制pH值,将其制成浆料,浓度约为400～500g/l,这个过程通常叫做润湿,该项技术国内已掌握。7.2湿磨分级装置已引进的三套装置未设湿磨装置。最近建设的15～20kt/a钛白装置,考虑到提高产品档次,包膜粒子的细度和均匀性至关重要,故增设了湿磨分级装置。国内某钛白粉厂,选用德国耐驰(NETZSCH)公司产的LME-500湿磨机,并将湿磨和分级在一个设备内完成,简化了工艺流程,该设备能保证出来的全部粒子小于1μ,可连续操作,该机已在生产线上运行。7.3包膜料的开发化学处理,也就是通常所说的包膜。包膜罐已实现了大型化,包膜主要是化学原料的选择,国内已有成熟经验,并不断开发出新的牌号。至于包膜原料配比,操作条件及控制手段等已实现DCS控制。7.4带干机的运行进展化学处理后的二氧化钛浆料,经过滤后的TiO2的干燥有三种方法,如喷雾干燥、带式干燥和旋转闪蒸干燥。国内小钛白厂和两套15kt/a引进装置采用的是带式干燥机,带干机国产化已取得进展,如带宽3m,带长28m,大型带干机国产化的样机已在生产线上安装完毕,不久将投入试运行。国外引进15kt/a钛白装置,有一套采用喷雾干燥,运行情况良好。旋转闪蒸干燥在国外已有业绩,国内自行设计、制造的旋转闪蒸干燥已在四川某钛白粉厂生产线上运行。选择干燥方法时,要视干燥前滤饼的含水量而定,如采用压滤机对滤饼洗涤脱水,宜选用旋转闪蒸干燥或带式干燥。若用真空转鼓过滤机,则选用喷雾干燥为宜。7.5气粉机国产化和升级气粉是超微粉碎,要求成品的细度粒度分布在一定范围内以及产品不受金属氧化物杂质的污染。钛白粉生产用的气粉机一直依赖进口,如20世纪80年代中期南京油脂化工厂使用Φ600mm扁平式气粉机,是从美国SturtevantMillCo公司引进的,三套引进装置Φ42气粉机也是从美国引进的。2002年气粉机国产化已取得初步成果,江苏宜兴非金属化工机械有限公司产的Φ1067×749的气粉机,外壳材质为3Cr13,内衬刚玉,已安装在生产线上,正在调试中。钛白粉包装机,河北省秦皇岛市普达设备制造有限公司等已生产,使用效果良好,产品已实现国产化。8我国钛白粉生产概况在我国钛白工业40多年的发展过程中,经历了自行开发、发