【導(dǎo)讀】本設(shè)計采用硫酸法生產(chǎn)金紅石鈦白粉，設(shè)計規(guī)模為6萬噸/年。在設(shè)計中，以每小時的產(chǎn)能為依據(jù)，對一洗、漂白、二洗、鹽處理等工序進。行物料衡算和熱量衡算，為設(shè)備選型提供數(shù)據(jù)支持。在設(shè)計設(shè)備選型時，對主要設(shè)備進行計算和選型。點的工藝流程圖。

　　

【正文】 紅石 鈦白粉水洗 —鹽處理工段裝置及配套公用工程、輔助設(shè)施。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 水洗 鹽處理工序工程設(shè)計 12 3 工程設(shè)計 工藝流程圖 鈦白粉生產(chǎn)工藝流程簡圖 如圖 1： 圖 1 硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝流程簡圖 水洗工段工藝設(shè)計 水 洗 （ 1）工藝目的 熱水解得到的偏鈦酸懸浮液是一種具有粒狀結(jié)構(gòu)的凝膠，在放置過程中會緩慢沉淀下來，偏鈦酸顆粒吸附著大量母液，母液成分主要是游離硫酸和硫酸亞鐵等可溶性雜質(zhì)，并含有鐵、鉻、釩、銅、錳等氧化物的雜質(zhì)離子。水洗主 要是利用偏鈦酸的水不溶性和雜質(zhì)離子的水溶性進行液固分離，從而達到凈化目的 [12]。 （ 2）工藝流程 水解產(chǎn)物在冷卻槽中經(jīng)盤管冷卻至 40℃ 左右，放入分離槽中，將葉濾機接通真空，并使整組葉片浸沒在漿液中，上片前先開動槽底攪拌機或壓縮空氣，使?jié){液攪拌均勻，避免出現(xiàn)濾餅上薄下厚的現(xiàn)象，由于真空的壓差濾液逐步滲過濾布，酸解 尾氣處理 液態(tài)箱壓機 水解 一洗 濃縮 沉降 圓盤 真空結(jié)晶器 球磨 窯前壓榨 鹽處理 三洗 錕壓磨 轉(zhuǎn)窯 漂洗 表面處理 砂磨機 打漿 漂白 晶種制備 成品包裝 氣粉 閃蒸 尾氣處理 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 水洗 鹽處理工序工程設(shè)計 13 而水合二氧化鈦則沉積在葉片表面，槽內(nèi)液位相應(yīng)下降，需不斷補充漿液，保持液面高度。水合二氧化鈦沉積到 40mm時，用電動吊車將整組葉片吊起，稍稍抽干后，放入一洗槽內(nèi)水洗，此時水合二氧化鈦已與一半以上母液分離 。母液抽經(jīng)吸液罐，自動排出，由泵送到沉降槽，回收稀酸中少量穿過濾層的懸浮水合二氧化鈦。葉片首先在一洗槽內(nèi)洗滌 3小時左右，此時抽出的濾液仍含有一定量母液，仍需送到沉降槽回收。 經(jīng)過一洗的葉片吊入二次水洗槽進行水洗，根據(jù)不同品種估計水洗大約時間。例如涂料品種約洗 5小時后，從抽水總管中用局部排除真空之法取出少量濾液，用1%赤血鹽（鐵氰化鉀）溶液定性檢測，如呈綠色，表示即將洗凈；如呈現(xiàn)黃色，表示已經(jīng)洗凈。也可以用硫氰酸銨溶液檢定（此試劑只能檢定高鐵離子，因而濾液應(yīng)先用雙氧水氧化，使亞鐵離子氧化成高鐵離子），如呈現(xiàn)棕 黃色尚需繼續(xù)水洗；如呈無色，表示已經(jīng)洗凈?？蓪⒄M葉片吊到打漿槽上部，準(zhǔn)備刮料，此時水合二氧化鈦含水量尚高，相應(yīng)的有極少部分母液殘留，可保持真空到表面出現(xiàn)大量裂縫為止，以進一步降低含水量，再切斷真空，打漿槽內(nèi)事先放置部分清水，并開動攪拌機，將葉片表面物料刮落至打漿槽內(nèi)，攪拌均勻，送至下一工序。 （ 3）工藝要求 ① 漿料溫度在 40℃ 左右 ② 真空度保持 在 ≥104Pa ③ 濾 餅厚度保持在 40mm ④ 上片時間 1小時左右 ⑤ 濾 餅含水量 ≤65% ⑥ 水洗時間約 8小時 （ 4）影響偏鈦酸水洗的因素 影響水洗效果的因素比 較多 [13]，比較復(fù)雜，往往也交叉在一起，這里只能作單因素的討論。 ① 真空度的影響 過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓力差就是真空度。在真空管線不漏氣的條件下，過濾的真空度除了真空泵的能力外是濾餅和過濾介質(zhì)的阻力來決定的，水合二氧化鈦的過濾一般以 67千帕（ 500毫米汞柱）以上的真空度較為合適。真空度過低，水洗時間就長，而且容易產(chǎn)生落片事故。 ② 水合二氧化鈦顆粒度的影響 過濾要求固體顆粒均勻而適中。顆粒粗、水流快，便容易洗滌，但顆粒過粗，會使水流速度過快而增加管道阻力，粒子內(nèi)部也不易洗凈。顆粒過細會堵塞濾布攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 水洗 鹽處理工序工程設(shè)計 14 孔眼，降低水流速度， 影響產(chǎn)量，穿濾現(xiàn)象也較嚴重。 ③ 水的溫度的影響 水洗過程主要是除去硫酸亞鐵及游離硫酸，硫酸亞鐵在水中的溶解度在一定溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高而增大。因此提高水溫有利于水洗，可以縮短時間，降低含鐵量，減少用水量，提高產(chǎn)量。從硫酸亞鐵在水中的溶解度曲線圖中可以看出在 60℃ 時硫酸亞鐵的溶解度最大，但超過 45℃ 時朔料容易變形，因此水溫一般控制在 30～ 40℃ ，溫度過低時，甚至在濾餅內(nèi)也會有硫酸亞鐵細粒結(jié)晶析出，水洗效果大大下降。 ④ 酸度的影響 隨著水洗過程的進行，濾餅內(nèi)的酸度逐漸降低， pH值相應(yīng)升高，同時由于溶于水中 的氧可使部分亞鐵離子氧化成高鐵離子，當(dāng) pH值高于 ，它會水解而沉淀出不溶于水的氫氧化高鐵或生成難溶于水的堿式硫酸鐵；當(dāng) pH值升到 4以上時，硫酸亞鐵也可能水解而沉淀。因此在酸度較高階段盡快除鐵是水洗的關(guān)鍵，提高酸度有助于抑止鐵鹽水解，對水洗有利。因此如果在洗滌水中配以少量硫酸或鹽酸，使 pH值始終保持在 1～ 2左右，可防止鐵鹽水解而保持可溶狀態(tài)，水洗后偏鈦酸含鐵量可降低到能與漂洗相媲美的程度。 ⑤ 水質(zhì)的影響 水質(zhì)對水洗效果影響較大，水中雜質(zhì)主要有鈣、鎂（硬水）、鐵等離子，江河水和深井水的鈣、鎂離子含量較高， 水洗時鈣離子與硫酸根形成不溶的硫酸鈣沉淀混入產(chǎn)品而影響質(zhì)量。水中含鐵量較低，但用鐵鹽作凝聚劑時，鐵含量就偏高。 ⑥ 時間的影響 偏鈦酸開始水洗時，物料酸度高，雜質(zhì)濃度梯度大，洗滌效率較高。開始水洗時，偏鈦酸中含鐵時迅速降低，半小時內(nèi)可除去 80%以上，隨著水洗過程繼續(xù)進行，雜質(zhì)在濾餅與濾液間的濃度梯度逐漸減小，酸度也逐漸下降，同時由于離子濃度不斷降低，偏鈦酸的膠體性質(zhì)逐漸明顯，水洗效率隨之降低。通常偏鈦酸的洗滌時間是抽濾時間的 150%～ 200%，再延長洗滌時間，不僅無益，而且有害。因此水洗過程僅能使含鐵量降低至 一定程度，殘留的鐵需在漂洗過程中進一步除去。 ⑦ 三價鈦鹽的影響 濾餅內(nèi)存在三價鈦離子，可防止出現(xiàn)高鐵離子，因此水洗過程中保持一定量三價鈦離子對水洗是有利的。實踐表明，漿液中三價鈦含量較高，水洗時間相應(yīng)縮短，水洗后偏鈦酸略帶灰相，含鐵量也較低，煅燒后成品色澤較白，這一點對常壓水解產(chǎn)品更為明顯。 ⑧ 過濾介質(zhì)的影響 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 水洗 鹽處理工序工程設(shè)計 15 漿料過濾時，使固液分離的隔離物質(zhì)稱為過濾介質(zhì)，真空葉濾機的過濾介質(zhì)是濾布。因漿液酸度很高，過濾介質(zhì)必須是耐酸材料。曾提出用尼龍布、多孔橡膠、硝化纖維布、維綸布、滌淪布、玻璃布等等，國內(nèi)常用 758滌淪 布。濾布孔度對水洗效率直接有關(guān)，孔眼過細容易被物料堵塞，孔眼過大容易造成物料穿濾。758為短纖維滌淪布，過濾速度快，但容易發(fā)生落片現(xiàn)象，特別是調(diào)換新布后更易落片，因此一般采用絮凝劑或助濾層。 ⑨ 國內(nèi)外水洗裝備比較 水解物料的過濾和洗滌（即一次過濾水洗）世界各國都采用葉濾機。漂白物料的過濾和洗滌（即二次過濾洗滌）有用葉濾機的，也有用真空轉(zhuǎn)鼓式過濾機的。我國漂后水洗也一律用葉濾機。 從工藝上看，葉濾機比鼓濾機合理。因為過濾和洗滌時，葉片必須浸沒于水中，料漿和洗滌水接觸，料漿和洗滌水接觸空氣的機會比后者少。 Fe2+氧化 Fe3+的機會就少得多。 選用 葉濾機也比較適合我國國情，建設(shè)費用低。 漂白 （ 1）工藝目的 經(jīng)過水洗的偏鈦酸中存在有痕量的鐵、銅、鉻、釩等雜質(zhì)。在生產(chǎn)涂料用鈦白粉時，這些雜質(zhì)將嚴重影響鈦白的白度。 國內(nèi)以鈦鐵礦為原料的硫酸法鈦白生產(chǎn)中，影響鈦白白度的主要雜質(zhì)是鐵。而且鐵雜質(zhì)經(jīng)高溫煅燒后生成的三氧化鐵具有同金紅石型鈦白相同的晶型結(jié)構(gòu)，往往以同晶混合物混入在金紅石鈦白里，致使金紅石型鈦白對鐵雜質(zhì)的影響要比銳鈦型鈦白對鐵雜質(zhì)的影響更為敏感。當(dāng) Fe2O3含量達到 %時開始影響銳鈦型鈦白的白 度，而對金紅石型鈦白來說， Fe2O3含量為 %時，已使鈦白呈現(xiàn)出黃色。 一般經(jīng)過水洗的偏鈦酸的 Fe2O3含量都在 %以上，為了提高涂料用鈦白粉的白度，就要進行漂白，以進一步降低偏鈦酸中的鐵雜質(zhì)的含量，同時除去一部分痕量的釩、鉻等有害的雜質(zhì)。 （ 2）漂白原理 經(jīng)水洗的偏鈦酸中的鐵雜質(zhì)是以三價鐵離子水解生成的極為細小的固體氫氧化高鐵的形式存在的。漂白就是先將固體氫氧化高鐵轉(zhuǎn)化為可溶性的硫酸鹽，然后用化學(xué)活潑性強的金屬或金屬離子將其還原為低價的硫酸鹽，最終通過水洗進一步除去。發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是氫氧化 高鐵溶轉(zhuǎn)化為硫酸高鐵，硫酸高鐵在還原劑的作用下被還原成硫酸亞鐵。 2Fe(OH)3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+6H2O 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 水洗 鹽處理工序工程設(shè)計 16 Fe2(SO4)3+Zn=ZnSO4+2FeSO4 Fe3++Ti3+=Fe2++Ti4+ 偏鈦酸漂白的方法按漂白時使用的不同的還原劑可分為以下兩種： ① 鋅漂 用鋅粉作還原劑的漂白方法叫鋅漂。還原反應(yīng)如下： 2Fe3++Zn=2Fe2++Zn2+ ② 三價鈦漂 用三價鈦離子作還原劑的漂白方法叫三價鈦漂。還原反應(yīng)如下： Fe3++Ti3+=Fe2++Ti4+ 三價鈦漂白和鋅漂相比，前者 具有硫酸用量少、還原劑用量少、操作溫度低、漂白時間短，無殘留物污染等優(yōu)點，所以三價鈦漂白是目前最佳的漂白方法。 （ 3） 工藝流程 漂白可以分為以下三步進行： ① 酸溶 在偏鈦酸漿料里加入一定量的硫酸，并加熱使氫氧化高鐵溶解在偏鈦酸中生成硫酸高鐵。 ② 還原 加入還原劑，在一定溫度下，使硫酸鐵全部還原成硫酸亞鐵。 ③ 水洗 用砂濾水或去離子水洗滌還原后的偏鈦酸進一步降低鐵的含量。 （ 4） 影響漂白的因素 ① 漂白設(shè)備的材質(zhì) 偏鈦酸的漂白反應(yīng)是在酸性介質(zhì)中和一定的溫度下進行的因此漂白設(shè)備的材質(zhì)必須既耐酸又耐溫。 所以設(shè)計用 鋼 襯玻璃鋼 +耐酸磚 的材料來做漂白鍋。 ② 三價鈦的制備和加入法 三價鈦漂 白 時，還原劑三價鈦溶液是自己制備的。三價鈦溶液可由洗凈的偏鈦酸經(jīng)酸溶、還原而制得。 必須保證三價鈦的穩(wěn)定性并濾去三價鈦中的固體雜質(zhì)，以確保漂白的質(zhì)量。三價鈦離子容易在空氣中被氧化，所以漂白時，漿料的溫度不宜過高，保溫期間的攪拌不宜過快。 ③ 洗滌水的質(zhì)量 經(jīng)還原后的偏鈦酸還需要水洗除鐵。此時的洗滌水中必須不含鐵等固體雜質(zhì)，以免重新污染偏鈦酸。所以漂白水洗的水質(zhì)應(yīng)經(jīng)過砂濾、電滲析或離子交換等方攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 水洗 鹽處理工序工程設(shè)計 17 法的預(yù)處理。 漂洗 偏鈦酸漂白后的漂洗與 前章所述水洗過程相同，一般采用真空葉濾機或轉(zhuǎn)鼓真空過濾機。為了防止物料重新被污染，洗滌用水需經(jīng)凈化處理，至少應(yīng)經(jīng)過砂濾以除去固體雜質(zhì)，如能用電滲析水或去離子水，效果更好。由于物料本身含鐵量較低，水洗時間比第一次水洗短，一般不超過 8小時。水洗后，物料含鐵量應(yīng)低于 %（以 TiO2 計）。 鋅漂漂白容易使氧化鋅混入成品，氧化鋅是一種很強的金紅石型化促進劑，但也有副作用。某些不允許含氧化鋅的產(chǎn)品就不宜用鋅漂，另外，鋅漂過程為液固反應(yīng)，還原劑滲入偏鈦酸顆粒內(nèi)部需要較長時間，效果較差，故已逐步為三價鈦鹽漂白所代 替。 水洗工段工藝流程 水洗工藝流程圖如圖 2： 水解后漿液 圖 2 水洗工藝流程簡圖 鹽處理工段工藝設(shè)計 鹽處理工藝目的 偏鈦酸在煅燒前加入少量化學(xué)品添加劑進行改性處理的過程稱為鹽處理，亦稱前處理。 偏鈦酸如不經(jīng)過鹽處理而直接煅燒，得到的產(chǎn)品顆粒往往很硬，色相及其他顏料性能差，漆用性能低劣。因此，在生產(chǎn)顏料鈦白時，都要根據(jù)不同品級的需要，在偏鈦酸中加入少量添加化學(xué)品進行改性，然后再在適當(dāng)?shù)臏囟认蚂褵?，使產(chǎn)品具有 良好的色相、光澤，較高的消色力、遮蓋力，較低的吸油量和合適的晶粒大小，形狀以及在漆料介質(zhì)中的易分散性。某些非顏料型產(chǎn)品中有時也需要加上片池上片 一洗 刮漿槽 漂白 二洗上片池 二洗 刮漿槽 鹽處理 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 水洗 鹽處理工序工程設(shè)計 18 入某些化學(xué)品，使產(chǎn)品具有各種特殊性能。 金紅石型鈦白的鹽處理 由于金紅石型鈦白粉在紫外區(qū)具有較大的吸收，在可見光區(qū)的反射率高于銳鈦型鈦白粉，因此，金紅石型鈦白粉的光化學(xué)穩(wěn)定性和光澤度均高于銳鈦型鈦白粉，具有更大的實用價值。用硫酸法鈦液水解制得的偏鈦酸是無定型的（使用金紅石型晶種除外），在高溫下（ 1 050℃ 以下）長時間煅燒雖然可以使產(chǎn)品全部轉(zhuǎn)化為金紅石晶型，但是結(jié)晶過程會產(chǎn)生嚴重?zé)Y(jié)，晶格缺陷很多，晶粒過大而且很硬，產(chǎn)品顏料性能極差，另外，高溫常使晶格脫氧，使產(chǎn)品呈灰相。因此在生產(chǎn)中，必須在偏鈦酸中添加一些金紅石化的促進劑和晶型調(diào)整劑，使 TiO2以合理的速度成長，在較低的煅燒溫度下生產(chǎn)出晶型轉(zhuǎn)化完全，大小適中，外形規(guī)整的顏料粒子。 （ 1）金紅石化促進劑 大多數(shù)金屬氧化物在鈦白粉的銳鈦型向金紅石型轉(zhuǎn)化過程中都具有誘