2万吨年硫酸法钛白黑段设计

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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ABSTRACTIn view of the

2、 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, crystallization, disc

3、filtration controlled filter, concentration, and the 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 with materia

4、l balance and energy balance. Therefore, it provides the basis for the equipment selection. In the equipment shaping stage, it designs on major installation for computationand shaping. Base on the explanation of material weight, thermal weight, equipment shaping and workshop arrangement, finally it

5、obtained the design instruction, equip ment list and flow chart with controlling point.Keywords titanium dioxide, Sulfuric acid method, Process design of black section目 录摘要.ABSTRACT1绪论11.1概述11.1.1课题背景11.1.2设计的目的、意义11.1.3国内外现状、水平、发展趋势21.2设计依据和设计原则41.2.1设计依据41.2.2设计原则51.3设计基础资料51.4设计范围52工程分析72.1建设项目概况

6、72.1.1建设项目名称、性质和地点72.1.2建设规模、内容73两万吨/年钛白粉生产黑段工艺设计83.1黑段工艺流程图83.2酸解工段工艺设计83.2.1原矿粉碎单元83.2.3 酸解单元103.2.3沉降/泥浆压滤单元123.3结晶工段工艺设计133.3结晶工段工艺设计143.3.1结晶单元143.3.2圆盘过滤单元163.3.3控制过滤单元173.3.4浓缩单元184物料及热量衡算204.1酸解工段物料及热量衡算204.1.1 酸解物料衡算204.1.2沉降及泥浆处理工序物料衡算224.1.3 酸解热量衡算224.1.4酸解物料平衡图244.1.5热量平衡图244.2.结晶工段物料及热量

7、衡算244.2.1结晶工序物料衡算244.2.2圆盘过滤工序物料衡算254.2.3控制过滤工序物料衡算264.2.4浓缩工序物料衡算264.2.5结晶工序热量衡算274.2.6浓缩工序热量衡算274.2.7结晶工段物料平衡图294.2.8结晶工段热量平衡图295设备选型305.1主要设备选型原则305.2主要设备选型计算305.2.1钛精矿的干燥粉碎和输送工序主要设备的选型与计算305.2.2酸解-泥浆处理工序主要设备选型与计算305.2.3 结晶工段主要设备选型与计算325.3主要设备定性一览表346车间布置说明356.1酸解工段车间布置说明356.1.1钛精矿的干燥粉碎及输送单元设备布置说

8、明356.1.2酸解-泥浆处理单元设备布置说明356.2结晶工段车间布置说明357环境污染与治理377.1污染物产生及排放377.2 黑段设计中采用的环保措施和综合利用论述377.2.1废气治理措施377.2.2 废水治理措施377.2.3 废渣治理措施387.2.4噪声治理措施387.2.5废酸的综合利用38参 考 文 献39致 谢401绪论1.1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

9、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

10、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

11、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

12、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，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。当前世界钛白粉工业的发展趋势为：（1)全球形成超大规模企业的兼并收购浪潮。（2)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。（3)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4。该法

13、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

14、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、钛白水浆和纳米钛白粉；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

15、散性、高的光学性能和适当的耐久性。今后全球二氧化钛在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

16、识，积极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生产国，业内专家指出

17、，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；在原料方面，国内基本上使用的是钛精矿；在产品质量上，国内硫

18、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。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

19、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

20、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 优质碳素结构钢技术条件 GB699-88 普通碳素结构钢 GB700-88 低合金结构钢 GB1591-88 可锻铸铁件 GB9440-88化工管道设计规范 HG20695-1987玻璃钢管和管件 HG/T21633-1991化工用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材 GB/T4219-1996化工配管用无缝及焊接钢管尺寸系列 HG20553-93（） 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

21、范 GB50235-1997工业金属管道工程质量检验及评定标准 GB50184-1993 化工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（PO/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 供配电系统设计规范 GB50052-951.2.2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，

22、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 ；极端最高温度 39.8；极端最低温度 2.3。（2）气压年平均气压 868kPa；年最高气压 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

23、.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（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（1） 结晶工段工序设计（2） 结晶工段物料衡算、热量衡算（3） 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2 工程分析2.1建设项目概况2.1.1建设项目名称、性质和地点项目名称：2万吨年硫酸法钛白工程项目性质：新建项目地点：攀枝花市安宁工业园区2.1.2建设规模、内容产品方案：项目建设规模为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（1）钛精矿攀枝花钛精矿

24、的化学组分如下：化学成份TiO2FeOFe2O3MgOSiO2Al2O3CaOMnO含量%47.034.275.856.123.01.340.750.65化学成份SCuPV2O5NiCoCrAs含量%0.190.00520.00490.0950.00870.00130.0050.0077（2）浓硫酸（98%H2SO4）质量符合GB534-89一级品，硫酸的化学组分如下：序号名 称指标(%wt)1硫酸（H2SO4）含量 98.02灰份 0.033铁（Fe）含量 0.014砷(As)含量 0.00015铅（Pb）含量 0.016透明度 50mm7色度 2.0mL 建设内容：新建年产2万t/a钛白粉

25、黑段装置及配套公用工程、辅助设施。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 、配酸磨 粉、浸取浓硫酸、水 酸 解蒸汽、压缩空气浸 取水、废酸还 原铁粉 小度水泥浆压滤沉 降沉降剂泥浆打浆真空结晶圆盘过滤绿矾 去污水处理真空浓缩蒸汽 浓钛液图1：黑段工艺流程图3.2酸解工段工艺设计3.2.1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。（2）工艺要求原矿质量要求a.要求钛铁矿的钛含量尽可能高，一般来讲，钛含量要在45%60%(

26、以二氧化钛计)；b.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%；c.要求钛铁矿中的亚铁与高铁含量符合94%，高铁含量应低于13%；d.必须控制钛铁矿中危害性杂质的含量，如Cr、Co、Al2O3、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a.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%。b.粒度分布应该窄而均匀，使酸解反应在每一颗粒上差不

27、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

28、圆盘给料机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。钛精矿排空皮运机排风机粗 粉磨前贮斗脉冲除尘器旋风分离器分级机给料器风扫磨螺旋输送机成品料仓去酸解工序图2：原矿粉碎工序工艺流程图3.2.3 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硫酸氧钛和硫酸钛,

29、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）酸解工艺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。酸解反应中分为主反应、浸取和还原反应，可用下列反应式来表示：FeTiO3 + 3H2SO4 FeSO4 + Ti(

30、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）Fe2(SO4)3 + Fe FeSO4 （4）TiOSO4 + Fe+ H2SO4 Ti2(SO4)3+ FeSO4+ H2O （5）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 （6）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

31、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：a.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。b.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

32、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，还原结束后取样送化验室，制备好的钛液送入后工序沉降槽。矿粉来自矿粉料仓 工艺水 20%酸矿粉计量槽93%酸计量槽水计量

33、槽20%酸计量槽预混合槽大气工艺水 压空 蒸汽 铁粉 小度水 酸解罐烟囱 喷淋水酸 解 罐分布缸93%酸泵 喷淋泵循环水槽93%酸贮槽澄清槽图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

34、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

35、降器底部，定时或连续排放回收处理，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。（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

36、中过滤，滤液送回沉降槽继续沉降，滤饼进入滤渣场18。外购AMPAM工艺水 絮凝剂配制槽絮凝剂稀释槽蒸汽、工艺水钛液来自酸解混 合 器滤液钛液沉 降 槽结晶前贮槽去结晶工序泥浆去污水处理工艺水泥浆厢式压滤机图四：沉降/泥浆压滤工序工艺流程图3.3结晶工段工艺设计3.3.1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有大量可溶性的硫酸盐硫酸亚铁，通过结晶使其以FeSO47H2O（俗称绿矾）的形式从溶液中析出来，有以下几个目的：a.有利于偏钛酸的水洗。b.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

37、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。d.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

38、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：a.结晶器结构简单，生产能力大；b.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，可减轻后续浓缩工序的负担；e.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；f.附属设备简单；g.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%；h.生产费用低，生产费用约为机械结晶的60%；i.结晶后钛液浓度高，由于真空结晶时水分

39、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；j.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FeSO47H2O（俗称绿矾）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1418）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

40、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。循环上水水环真空泵一级气压式冷凝器排空饱和蒸汽二级蒸汽喷射泵二级气压式冷凝器热水一级蒸汽喷射泵钛液二次蒸汽结晶高位槽真空结晶器去真空转台过滤机结晶料浆贮槽 循环水去循环水站液 封 槽 图5：结晶工序工艺流程图3.3.2圆盘过滤工序（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

41、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。为了提高收率，须对绿矾进行冲洗。为了尽量减少亚铁的重新溶解，又要将绿矾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

42、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、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FeSO47H2O晶体依次经过一洗、二洗并用压空吹疏松后，由卸料螺旋刮

43、入卸料斗，至绿矾库。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。结晶料浆工艺水汽液分离器水环真空泵汽液分离器汽液分离器真空转台过滤机排空 压缩空气一洗滤液槽去圆盘一洗母液二洗滤液贮槽汽液分离器一洗滤液去酸解绿矾库滤液去滤前钛液贮槽图6：圆盘过滤工序工艺流程图3.3.3控制过滤工序（1）工艺目的经转台过滤后的钛液仍含有胶体、细小结晶和机械杂质，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，影响偏钛酸粒子的大小和形状，从而最终影

44、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）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。热工艺水洗水钛液 压缩空气去浓缩预热器厢式压滤机精

45、钛液贮槽助滤剂废渣去渣场洗水排地沟助滤剂配置槽槽图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解工艺时，则一般要求控制在230260g/L。（2）浓缩工艺原理浓缩是借助加热的作用使溶液部分溶剂气化，使溶质浓度不断提高的蒸发过程。钛液通常情况下沸

46、点在104114左右，而钛液水解的临界温度为80，为避免浓缩时发生早期水解，采用在真空条件下进行钛液低温蒸发浓缩。为使钛液浓缩时的温度不大于70，则真空度至少在0.08Mpa以上，真空度过低，浓缩的温度就会增高，不仅浓缩后的钛液的稳定性差，而且会因局部过热造成固相硫酸氧钛结晶析出而堵塞蒸发器列管。工业生产中钛液的浓缩通常采用升膜式薄膜浓缩器。待浓缩的物料从底部进入进料室，通过分布板均匀进入加热室的列管中，加热蒸汽通过管壁进行热交换，钛液在真空下受热迅速蒸发，汽化了的水蒸汽夹带着被浓缩后的钛液，成膜状沿管壁以2030m/s的速度快速上升进入蒸发室，在蒸发室中由于体积扩大流速减慢，通过蒸发室顶部的

47、气液分离装置进行气液分离，钛液留在蒸发室内顺浓缩液溢流管进入浓缩钛液收集池，二次蒸汽经换热并用水喷淋后，不凝性气体经真空泵排空19。(3)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。 蒸汽闪蒸罐热泵稀鈦液来自滤后贮槽

48、浓缩液封薄膜蒸发器供料槽 液沫浓鈦液贮槽 旋风分离器器 去水解 大气冷凝器循环水 循环水 真空泵分离器图8：浓缩工序工艺流程图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TiO2FeOFe2O3MgOSiO2Al2O3CaOMnO含量%47.034.275.856.123.01.340.750.65化学成份SCuPV2O5NiCoCrAs含量%0.190.00520.00490.0950.00870.00130.0050.0077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9

49、9.5,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=200004784=50658.56t每天投矿量=51894.14330=153.11t/天按酸矿比为1.58,则每天所需93硫酸质量: 153.111.5893=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V1V1=（酸矿比矿量）/(浓硫酸浓度浓硫酸比重)查密度表得93的硫酸密度为1.822

50、7,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)/（反应酸浓度反应酸密度）则加入的总酸量为=（153.111.58）（84.51.7858）=160.314 m3/天所需的93酸V浓酸=（153.111.580.22-160.3139）（930.221.8227-1）=140.088 m3/天废酸加量V废酸=总酸量-V浓酸=160.3139-140.0876=20.226 m3/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=（酸矿比矿量）

51、/反应酸浓度- （酸矿比矿量）/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=（153.111.58)/84.5- (153.111.58)/93=26.17m3/天（3）矿粉体积V矿粉查得矿粉与浓硫酸混合后密度为:2.2 g/cm3V混合=（153.11+260.80）2.2 =188.14m3/天（4）浸取水体积V3加水浸取所需的浸取水体积设为V3V3=(矿量矿中钛含量)/总钛浓度-V混合-V2酸解钛液总钛浓度为130g/L,V3=（153.1147)/0.13 -188.14-26.17 =339.24m3/天（5）酸解钛液总体积V每天生产酸解钛液的总体积设为VV=（153.

52、1147)/0.13=553.55m3/天（6）加入铁粉量每天所需还原铁粉量 Fe2O3 + 3 H2SO4 Fe2(SO4)3 +3H2O+33.8千卡 Fe2(SO4)3 + Fe FeSO4 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=153.115.8516056=3.135t/天2Ti4+Fe 2Ti3+Fe2+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=3/480.5553.5556/1000=0.969t/天所以加入铁粉的总量=3.135+0.969=4.104t/

53、天（7）沉降钛液中总钛量原矿粉碎收率为99.5,酸解-沉降-泥浆处理收率为95.6,钛精矿经过球磨和酸解,沉降后,得到的钛液中二氧化钛的量为总钛含量=153.1199.595.647=68.45t/天折换成硫酸氧钛的含量=-243.869 t/天（8）FeSO4的质量钛精矿中FeO含量为34.27，则FeO的量=153.1134.27=52.471t/天FeO的摩尔数为=53.89/72=0.7288106 mol钛精矿中Fe2O3含量5.85，则Fe2O3量=153.115.85=8.957t/天Fe2O3摩尔数为=9.19/160=0.056106 molFeO+ H2SO4 FeSO4+

54、H2OFe2O3 Fe2(SO4)3 Fe粉 2FeSO4FeSO4总摩尔数=0.7288106 mol+20.056106 mol=0.8408106 mol则酸解钛液中FeSO4的质量为=0.8408106 mol152g/mol=127.802t/天（9）酸解钛液中游离酸的含量 钛精矿中FeTiO3要消耗硫酸, Fe2O3，,FeO也要消耗硫酸设F值为1.87F=有效酸浓度/总钛浓度有效酸的量=F总钛浓度V=1.87130g/L553.55 m3=134.568t/天与钛结合的酸（设酸解反应生成的产物为硫酸氧钛）则：在这样的情况下F=有效酸/总钛含量=98/79.9=1.226与钛结合酸

55、= 1.226总钛浓度V=1.226130g/L553.55 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+=0.0221总钛浓度根据工艺要求，酸解钛液中总钛浓度为130g/LTi3+浓度=0.0221130=2.873 g/LTi3+含量=2.873553.55=1.59t/天酸解钛液物料组成组分TiO2H2SO4FeSO4Ti3+含量(t)68.4546.343127.8021.594.1.2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.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=0.024V=0.024553.55 m3=13.285kg/天4.1.3 酸解热量衡算