【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 42 頁(yè) 形式 出售用于搪瓷、焊條等需要初級(jí)產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。其主要而且是幾乎所有的鈦白粉廠均要進(jìn)行的表面處理，即后處理。不過(guò)，大多數(shù)生產(chǎn)商都是在同一現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行 Ti02 的表面處理。僅有少部分廠家進(jìn)行異地后處理加工。 硫酸法生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉的工藝 流程簡(jiǎn)圖 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 42 頁(yè) 圖（一）硫酸法生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉的工藝 流程簡(jiǎn)圖 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 42 頁(yè) 1硫酸法生產(chǎn)鈦白粉 優(yōu)點(diǎn)：①原料便宜，易得，產(chǎn)品成本低 ②工藝技術(shù)成熟，操作易控制 ③設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要特殊的耐腐蝕材料和復(fù)雜的控制系統(tǒng) 缺點(diǎn)：①濕法生產(chǎn)蒸氣、水和能源消耗大 ②排 出的廢物多，污染嚴(yán)重，三廢處理費(fèi)用大 ③生產(chǎn)流程大，工序多，設(shè)備龐雜 ④間歇式操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大 ⑤產(chǎn)品質(zhì)量稍差，經(jīng)濟(jì)效益較差 2氯化法生產(chǎn)鈦白粉 優(yōu)點(diǎn)：①干法生產(chǎn)，技術(shù)先進(jìn)，流程短，工序少 ②易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自動(dòng)化，勞動(dòng)效率高 ③排出廢物少， 2cl 可以循環(huán)利用，三廢少 ④產(chǎn)品消色雜質(zhì)少，粒徑均一，消色力大，分散性好，質(zhì)量好，能耗低，成本低，經(jīng)濟(jì)效益好 缺點(diǎn)：①原料要求高且價(jià)高難得 ②技術(shù)難度大 ③要求在高溫下耐 2 2 2,cl Ticl O 腐蝕的材料和設(shè)備，維修難 ④ 2TiO 粒子較易堵塞設(shè)備，除疤痕問(wèn)題難以解決 ⑤操作需要復(fù)雜的控制系統(tǒng) 因國(guó)內(nèi)需求量及設(shè)備和技術(shù)水平的限制，國(guó)內(nèi)一般采用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 42 頁(yè) （酸解工段） 1． 酸解 流程簡(jiǎn)圖 圖 2 酸解流程簡(jiǎn)圖 鈦 鐵 礦 粉 碎 酸 解 浸 取 還 原沉 降冷 卻 圖 3 水解流程簡(jiǎn)圖 2． 酸解 流程敘述 ①鈦鐵礦經(jīng)粉碎使篩采≤ ％ ,將礦粉送入貯罐。 ②將濃硫酸壓入酸解鍋中，開(kāi)通閥攪拌硫酸 ，并投入氧化銻，再投入礦粉，加完以后關(guān)閉投料口，清理周?chē)V粉，并通氣 512 分鐘。 ③加入稀釋水，關(guān)閉鍋口進(jìn)料閥，并不斷攪拌直至反應(yīng)激烈，若硫酸含量高，加水溫度高，則需要加水通氣自然冷卻到規(guī)定室溫再投入礦粉。 ④到反應(yīng)有劇烈振動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)廢氣回收泵，反應(yīng)后關(guān)閉廢氣回收泵，反應(yīng)結(jié)束后成熟。 ⑤成熟后通氣，用廢酸水稀釋鈦液（或自來(lái)水）浸取固相物，控制浸取水溫接近工藝要求。 ⑥固相物基本溶解后，加入鐵屑，調(diào)整通氣量，直至三價(jià)鈦合格。 ⑦浸取還原后通知沉淀工段，打開(kāi)放料閥放料。 ⑧鈦液全部放完以后，用水沖洗酸解鍋，如 有固相物料等臟物，則需要下鍋取出。 ⑨放出物料到沉降槽沉降后取出中間層物料，進(jìn)行冷凍過(guò)濾，最后用板框壓濾，排除膠狀雜質(zhì)，送到濃縮工段。 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 42 頁(yè) 1．酸解工段的工藝原理： 3 2 4 4 2 4 23 ( ) 3F e T iO H S O T i S O F e S O H O? ? ? ? 為防止發(fā)生 2 3 2 4 2 4 2 2()F e O H S O F e S O H O? ? ? 的反應(yīng) 加入 Fe 2 4 3 4( ) 3F e F e SO F eSO?? 2．酸解時(shí)的化學(xué)反應(yīng) 鈦鐵礦的主 要化學(xué)成分是偏鈦酸亞鐵，這是一種弱酸弱堿鹽，能與強(qiáng)酸反應(yīng)，反應(yīng)基本上是不以逆的，并且能進(jìn)行的比較完全。參與的酸過(guò)量就可以生成可溶性的鈦鹽，包括 4Ti? 和 2Ti? 的鹽。礦中所含的某些礦的氧化物、硫化物、砷化物和磷酸鹽等也能被硫酸分解，我們可以利用溶解的特性，采用化學(xué)或物理手段有效的把鋅、錳、釩、鉻等元素與鈦分離，制得純凈的成品，酸解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，最高溫度可達(dá) 250℃。采用的高沸點(diǎn)的硫酸沸點(diǎn)是 338℃，才能適應(yīng)這一要求 。 酸解過(guò)程的主要化學(xué)反應(yīng)用下式來(lái)表示： 3 2 4 4 2 4 23 ( ) 3F e T iO H S O T i S O F e S O H O? ? ? ? 3 2 4 4 4 222F e T iO H S O T iO S O F e S O H O? ? ? ? 鈦鐵礦中鐵則按下列方程式進(jìn)行反應(yīng)： 2 4 4 2F eO H S O F eS O H O? ? ? 2 3 2 4 2 4 233F e O H S O F e S O H O? ? ? 從這些反應(yīng)式來(lái)看，反應(yīng)結(jié)果得到的硫酸鈦 42()Ti SO ， 硫酸氧鈦 4TiOSO ，硫酸亞鐵 4FeSO 硫酸鈦 2 4 3()Fe SO 這四種物質(zhì)，硫酸氧鈦的生成，也可以認(rèn)為是硫酸鈦初步水解的產(chǎn)物。 4 2 2 4 2 4()T i S O H O T iO S O H S O? ? ? 酸解后生成的硫酸鈦 42()Ti SO 和硫酸氧鈦 4TiOSO 之間的比例隨酸解條件而定，從方程式中可以看出，生成硫酸鈦每一份需要二份硫酸，而生成硫酸氧鈦每一份硫酸 3．鈦液的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性有稱(chēng)穩(wěn)定度，酸解后的溶解是否能保持很久不發(fā)生早期 水解析出膠質(zhì)顆粒，這個(gè)特性我們稱(chēng)為溶解的穩(wěn)定性，穩(wěn)定性越好，鈦液就能保持得很久，硫酸鈦液的穩(wěn)定性是每毫升鈦液用 25℃蒸餾 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 42 頁(yè) 水稀釋到剛出現(xiàn)渾濁時(shí)，所需要的蒸餾水的毫升數(shù)表示。 影響鈦液的穩(wěn)定性的因素有很多，主要有以下幾點(diǎn)： ①鈦液的穩(wěn)定性與酸解時(shí)操作有關(guān)，尤其與硫酸的反應(yīng)濃度有關(guān) 酸解操作時(shí)的加溫情況，硫酸濃度等都會(huì)影響鈦液的穩(wěn)定性，一般說(shuō)加溫速度過(guò)慢（壓力低）或加溫溫度過(guò)低會(huì)使反應(yīng)不夠劇烈，這樣反應(yīng)初期生成的鈦化物就有早期水解的傾向，使鈦液的穩(wěn)定性降低，另外硫酸的反應(yīng)濃度不要過(guò)高，也不能過(guò)低。根據(jù)設(shè)備條件：當(dāng) 濃度﹥ 95％或﹤ 85％時(shí)，酸解后溶液的穩(wěn)定性都會(huì)變差。 ②鈦液的穩(wěn)定性與浸取的操作有關(guān) 一般認(rèn)為浸取時(shí)加浸取水的速度，酸解槽煙囪的抽動(dòng)等都會(huì)影響鈦液的穩(wěn)定性，加浸取水時(shí)太慢，浸取初期的溫度太高，則浸取液的穩(wěn)定性則會(huì)下降。 ③鈦液的穩(wěn)定性與鈦液的 F值有關(guān) 有多量游離酸存在時(shí)，能防止早期的水解，所以 F值越高，鈦液的穩(wěn)定性越好。 ④鈦液的穩(wěn)定性與鈦液的保存溫度有關(guān) 鈦液的溫度升高會(huì)促進(jìn)水解反應(yīng)的發(fā)生，因此，保存溫度長(zhǎng)期大于或等于 65℃時(shí)，穩(wěn)定性會(huì)大大下降。 ⑤鈦液的穩(wěn)定性與鈦液含 2TiO 有關(guān) 硫酸鈦液在稀釋時(shí)發(fā)生水解，因此含 2TiO 量較高的溶液不容易析出膠質(zhì)顆粒，穩(wěn)定性較好。 ⑥鈦液的穩(wěn)定性與鈦液的存放時(shí)間有關(guān) 硫酸鈦液有陳化傾向，陳化是指溶液變濁，因而存放時(shí)間越長(zhǎng)，鈦液的穩(wěn)定性就越差 原料鈦鐵礦成分（攀礦） 表 2 原料鈦鐵礦成分（攀礦） Ilmenite raw materials position (Pan Mine) 組分 2TiO FeO 23FeO MgO 2SiO 23AlO 組成 50％ 34％ 13％ 1％ 1％ 1％ 2．鈦白粉成品的質(zhì)量指標(biāo) 表 3 鈦白粉成品的質(zhì)量指標(biāo) 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 共 42 頁(yè) 項(xiàng)目 一級(jí) 合格 白度（與稱(chēng)樣比） 不低于 近似 總鈦（不少于稱(chēng)樣） 98% 98% 消色力（不小于稱(chēng)樣） 100% 90% 吸油量 g/100g（不小于稱(chēng)樣） 26 28 45 mm 篩條（不大于稱(chēng)樣） 水溶性鹽（不大于稱(chēng)樣） 水懸浮液 ph 值 105℃﹤揮發(fā)水分（不大于稱(chēng)樣） 水解 工段的基本原理 圖 3水解工段流程簡(jiǎn)圖 ① 水解工序是硫酸法鈦白粉生產(chǎn)非常關(guān)鍵的一步。這一步將可溶性硫酸氧鈦在 90℃ 時(shí)水解成不溶于水的水合 Ti02沉淀物，或稱(chēng)偏鈦酸。要獲得所需粒度的高質(zhì)量水解產(chǎn)物，必需嚴(yán)格控制諸如加熱速度、鈦 液的 Fe2+和 Ti4+含量以及其他因素等條件。如前所述，避免出現(xiàn) Fe3+是此環(huán)節(jié)的關(guān)鍵。 ② 為控制水解速度、水解物的過(guò)濾洗滌性能和最終產(chǎn)品的細(xì)度及質(zhì)量指標(biāo)，需要在水解時(shí)加人晶 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 42 頁(yè) 種。晶種的加人方式有兩種：自身晶種（ Blumenfeld 法， 1928 年）和外加晶種 (Mecklenburg法， 1930 年）。兩種方式均能生產(chǎn)出同樣質(zhì)量的產(chǎn)品 。 ③ 自身晶種是在水解時(shí)利用預(yù)先加人的水解鈦液和水所產(chǎn)生的晶種進(jìn)行水解工藝，不用另外制備晶種。外加晶種顧名思義是向鈦液加人經(jīng)另外制備的金紅石或銳鈦型晶種，用以控制水解速度和鈦白粉產(chǎn)品的最 終晶體類(lèi)型。為此目的的金紅石晶種是用偏鐵酸－鹽酸或純 TiCl4制備，而銳鈦型晶種是用偏鈦酸、氫氧化鈉或向鈦液加人水或酸產(chǎn)生的。 ④ 撇開(kāi)所加的晶種，從硫酸氧鈦溶液中沉淀出的 TiO2 為銳鈦型。不過(guò)，在此階段加人金紅石晶種是為了在煅燒時(shí)易于使偏鈦酸沉淀物轉(zhuǎn)化成的 Ti02為金紅石型。若采用銳鈦型或自身晶種，則在煅燒時(shí)要加人金紅石型煅燒晶種才有利于金紅石 Ti02的生成。 ⑤ 偏鈦酸的沉淀是通過(guò)幾小時(shí)的鈦液沸騰達(dá)到的。在沉淀快結(jié)束時(shí)，有時(shí)要加人一定的水以提高水解率。但是，加人的水過(guò)量則會(huì)破壞 Ti02沉淀物的質(zhì)量，整 個(gè)水解沉淀過(guò)程需要 35h。 ⑥ 水解沉淀物漿料經(jīng)過(guò)濾、洗滌后，在還原條件下用硫酸酸浸以除去最后微量吸附鐵和其他金屬，即通常所說(shuō)的漂白，大約 7%8％的 S03緊緊吸附在漿料中，無(wú)法洗掉。事實(shí)上，要經(jīng)歷過(guò)濾和洗滌，才能將偏鈦酸沉淀分離出來(lái)。硫酸法鈦白粉生產(chǎn)的大部分廢酸由此產(chǎn)生。 ⑦ 第一次過(guò)濾中的濾液（稱(chēng)為 “濃廢酸 ”）一般含 H2SO4 22%24％。通常每生產(chǎn) It 成品鈦白粉要產(chǎn)生 8l0t“濃廢酸 ”。如果以鈦渣為原料，這種酸仍含有分解的硫酸亞鐵，同時(shí)還含有大量的硫酸鋁和硫酸鎂。而之后的洗滌和過(guò)濾產(chǎn)生的酸廢物（稱(chēng)為 “稀廢酸 ”），所含 H2SO4 低于 0. 5％。根據(jù)水洗和過(guò)濾環(huán)節(jié)的數(shù)量，每生產(chǎn) It 成品鈦白粉產(chǎn)生的稀酸可達(dá) 60t. ⑧ 為控制粒度生長(zhǎng)，需向偏鈦酸加入調(diào)節(jié)劑，如硫酸鉀、磷酸鉀和鋅。有時(shí)還需在此步驟中進(jìn)一步加人金紅石晶種以促進(jìn)煅燒時(shí)形成金紅石型 Ti02。最終用于煅燒的物料是水合 TiO2漿料，固含量為 35％一 50％ 。 鈦液的水解過(guò)程 鈦液的水解屬鹽類(lèi)水解 ,但又與一般鹽類(lèi)的水解有所不同 ,它沒(méi)有一個(gè)固定的 pH 值 ,只要在稀 釋或者加熱的條件下它即能水解而析出氫氧化鈦的水合物沉淀。在常溫下用水稀釋鈦液時(shí) ,析出膠體 氫氧化鈦沉淀。其反應(yīng)方程式為 :TiOSO4+3H2O 室溫強(qiáng)烈稀釋 Ti (OH)4↓ +H2SO4 如果將鈦液加熱使其維持沸騰也會(huì)發(fā)生水解反應(yīng) ,生成白色偏鈦酸沉淀。這是硫酸法鈦白生產(chǎn)在 工業(yè)上制取偏鈦酸的惟一方法。 南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 共 42 頁(yè) 其反應(yīng)方程式為 :TiOSO4+2H2O 沸騰 H2TiO3↓ +H2SO4 水解生成的偏鈦酸具有無(wú)定型結(jié)構(gòu)或者不明顯 的微晶體結(jié)構(gòu) ,其直徑為 3 nm~10 nm,它們按一定的方向 (20~30 個(gè) )配位成為膠粒。膠粒在硫酸 鹽離子的作用下加速凝聚 ,構(gòu)成凝聚體 (偏鈦酸 )而沉析出來(lái)。凝聚體大小約為 0 6μ m~0 7μ m,是由約 1 000 個(gè) 60nm~75nm的小微粒膠粒凝聚而成 ,每個(gè)微粒約含有 20 個(gè) 2nm的微晶體 ,這是加到液中去的晶種。水解的過(guò)程可分為 3 個(gè)步驟 : 1. 晶核的形成 。 2. 晶體的成長(zhǎng)與沉淀的形成 。 3. 沉淀物的組成以及溶液的 組成隨著水解作用的進(jìn)展而改變。水解在二氧化鈦生產(chǎn)中極為重要 ,水解的條件決定著微晶體、膠粒和粒子的大小 ,歸根到底也是決定著最終產(chǎn)品的質(zhì)量。 影響水解質(zhì)量的因素分析 從工業(yè)上對(duì)水解的要求及水解的過(guò)程可知 ,響水解質(zhì)量的主要因素有兩大類(lèi)。一是來(lái)料 ——— 鈦 液的性質(zhì)和質(zhì)量 ,二是水解的操作 過(guò)程。下面對(duì)兩大影響因素作具體的闡述。 鈦液的性質(zhì)和組成對(duì)水解的影響 鈦液的穩(wěn)定性和澄清度 在穩(wěn)定性差的鈦液中 ,水解前其本身已產(chǎn)生了某些膠性的結(jié)晶中心 ,水解時(shí)這些結(jié)晶中心起著不 良作用 ,使得到的偏鈦酸粒子不均勻 ,并且容易附較多的雜質(zhì) ,不但使偏鈦酸的洗滌時(shí)間延長(zhǎng) ,且在煅燒時(shí)二氧化鈦的粒子容易燒結(jié) ,使最終產(chǎn)的白度、著色力和分散性能都會(huì)明顯下降。澄清度與穩(wěn)定性有密切關(guān)系。穩(wěn)定性差的鈦液 ,澄清度也不理想。如果是因過(guò)濾操作不當(dāng)而引起的澄清度不良 ,則會(huì)使鈦液含有不溶的固體懸浮雜質(zhì) ,即使其量很少也會(huì)降低產(chǎn)品的純度、白度和其他顏 料性能。 鈦液的濃度 水解鈦液的濃度對(duì)二氧化鈦成品的粒子和顏性能影響很大。根據(jù)不同生產(chǎn)工藝 ,在