钛白粉生产工艺介绍

钛白粉生产工艺介绍一、钛白粉生产工艺概述二氧化钛是一种重要的无机化工原料，无毒、对健康无害，是最重要的白色颜料，占全部白色颜料使用量的80%。从全世界范围来说，所开采的钛矿90％以上用于TiO2颜料的生产。1998年，世界总的TiO2颜料消费量为355万吨，按2000美元/吨的单价计其总价值为70亿美元，是仅次于合成氨和磷酸的第三大无机化工产品。许多发达国家都将其列为关键化学品行列，在某些国家和地区，其生产量与国民生产总值成正比，它已成为衡量一个国家经济发展和人民生活水平高低的重要标志之一。1789年，英国业余矿物学家格雷戈尔神甫在其教区哥纳瓦尔州的默纳金山谷里的黑色磁性砂石（钛铁矿）中发现一种新的元素（钛），当时命名为“默纳金尼特”1795年，德国化学家克拉普罗特在对岩石矿物作系统分析检验时发现一种新的金属氧化物，即是现在的金红石（TiO2）亦含有此新元素，他把此新元素以希腊神话中天地之子Titans(泰坦神）命名为钛（Titanium）。“钛”亦即是格雷戈尔所称的“默纳金尼特”。我国钛矿资源的地质勘查，主要是新中国成立后的50年代至60年代进行的，并相继投入开发；我国钛矿资源的深加工利用（生产钛白、焊条涂料、海绵钛、钛金属、钛材等），则是从1954年由北京有色金属研究院研制海绵钛开始，1958年沈阳有色金属加工厂建成海绵钛及钛材加工车间投产，60年代末开始形成钛工业体系（生产海绵钛、钛加工材等多种产品），至1997年，我国钛工业已形成矿山-冶炼-加工和科研-设计-生产-应用两个相互关联、比较完整的体系。自1791年发现钛元素到1918年采用硫酸法商业生产钛白粉以来，至今已有80多年的生产和商业使用历史。钛白粉生产工艺主要有硫酸法和氯化法。硫酸法是用钛精矿或酸溶性钛渣与硫酸反应进行酸解反应，得到硫酸氧钛溶液，经水解得到偏钛酸沉淀；再进入转窑煅烧产出TiO2。硫酸法以间歇法操作为主，生产装置弹性大，利于开停车及负荷调整。但其工艺复杂，需要近二十几道工艺步骤，每一工艺步骤必须严格控制，才能生产出最好质量的钛白粉产品，并满足颜料的最优性能。硫酸法既可生产锐钛型产品，又可生产金红石型产品。（一）金红石钛白工艺流程简图如下：钛铁矿钛铁矿粉碎酸解沉降及泥浆处理二次精过滤亚铁分离结晶一次控制过滤浓缩水解一次水洗漂白二次水洗三次水洗表面处理中粉煅烧盐处理干燥汽流粉碎工艺流程说明：1.钛铁矿粉碎拆包后的散装钛铁矿由自卸车运至原矿库，经铲车加料至斗式提升机，再经链式输送机送入磨前贮斗。经电子秤称重量后加入磨机，磨后料由循环风机送至分级机进行粗细分选，细度不合格的物料经返料链运机返回磨机重磨。细度合格矿粉随风进入旋风分离矿粉后进入循环风机，一部分热风回到磨前与热风炉供给的热风一起进磨供研磨与干燥，并把磨后物料带出磨机，一部分热风回到磨后作为输送的分级所需风量的补充。多余的含尘气体经布袋收尘器净化后由风机排空。旋风和布袋收尘器的矿粉由链式输送机集中送入矿粉贮斗转由斗式提升机、链式输送机送至酸解的计量贮斗待用，或送入矿粉的缓冲贮仓贮存。2.酸解-泥浆处理：由硫酸装置送来的95%（或91%）硫酸进入本工序设置的硫酸贮槽经计量加入到预混合槽，与来自原矿粉碎工段经计量后的钛精矿在预混合槽经搅拌充分混合，混合均匀后经分配器放入选定的酸解罐中。用蒸汽加热引发酸解反应。酸解反应使钛铁矿中的大部分金属氧化物与硫酸发生反应，其中钛以硫酸氧钛的形式作为分解产物。酸解反应为放热反应，反应放出的热量使酸解罐中的物料温度迅速升高至180℃～200℃左右，温度的升高加速了酸解反应的进行。酸解主反应完成后熟化一定时间，通过仪表计量加水浸取，浸取一段时间调整钛液中的三价钛离子含量及F值。浸取完成后的钛液用泵送到沉降工序。酸解反应产生的酸解尾气中含有大量的水蒸气及微量的矿粉尘、二氧化硫、三氧化硫、硫酸雾等污染物质。通过管道将酸解尾气引至酸解罐主烟囱中，将水池中的碱性水通过水泵喷射进入酸解罐主烟囱，洗涤除去酸解尾气中的矿粉尘及二氧化硫等污染物质，并将酸解尾气冷却至50℃左右，洗涤后的酸解尾气通过酸解罐烟囱40米高点达标排放。洗涤废水设冷却塔循环使用，并用其中一部分输送酸解泥渣至污水处理场，分离部分未反应矿粉后进入污水处理场同其它酸性废水一并中和处理。将改性好的絮凝剂加入到絮凝剂溶解槽，加水通过蒸汽加热使絮凝剂溶解，絮凝剂稀释到使用浓度后送入絮凝剂计量槽。稀释后的絮凝剂按照一定的比例通过比值流量调节方式与酸解后的硫酸钛液一道加入沉降槽。在絮凝剂的絮凝作用下，钛液中未反应的钛矿和其它不溶性的杂质在沉降槽内以泥浆的形式沉降到沉降槽的底部。吸取沉降槽上部澄清合格的清钛液用泵送钛液热过滤工序进一步净化。沉降槽底部的泥浆待积累到一定位置后用泵送到泥浆处理工序，泥浆在泥浆槽中通过蒸汽间接加热，加热后的泥浆用板框过滤，滤液返回到沉降槽，泥渣用压缩空气吹干，直接送泥渣场堆放。3.过滤-结晶-分离：由酸解-沉降工序来的钛液加入助滤剂木屑粉或硅藻土，经混合均匀后泵送至钛液板框进行一次控制过滤，除去钛液中的杂质。除杂后的钛液进入真空结晶系统，亚铁结晶析出。达到放料终温后去圆盘分离机分离硫酸亚铁。亚铁去堆场进行包装，叉车送至亚铁库。滤液进入稀钛液贮槽再泵至以木炭为助滤层的板框压滤机中进行二次精过滤。4．浓缩-水解合格的清钛液经泵送入钛液预热器，用蒸汽冷凝水预热后进入薄膜蒸发器，使之浓度提高至200g/l，然后进入浓钛液贮槽。二次蒸汽同一次控制过滤的钛液换热后进气压式冷凝器，不凝性气体由水环泵排空。浓钛液贮槽中的钛液由钛液泵送入浓钛液预热器，通过蒸汽盘管加热，预先制备好的外加晶种送入水解槽中，再将预热好的浓钛液放入水解槽中进入微压水解过程，然后经偏钛酸冷却器进入偏钛酸贮槽再由偏钛酸浆料泵送至水洗工段。5.一次水洗-漂白-二次水洗-盐处理工序：用隔膜压滤机进行水洗，水洗合格后，将滤饼卸至打浆槽，然后泵送至漂白罐。在漂白罐中加入硫酸、三价钛液对偏钛酸进行漂白，漂白后加入煅烧晶种。煅烧晶种用二次水洗合格的偏钛酸制备，用氢氧化钠溶液溶解使之生成钛酸钠，钛酸钠水洗合格后用盐酸进行酸溶，酸溶后的TiO2具有金红石型结构。加入漂白后的浆料中，作为金红石型转化的晶种。漂白后的偏钛酸用泵送至二次水洗隔膜压滤机洗涤。用温水进行漂洗，漂洗合格后，将滤饼卸至打浆后用泵送至偏钛酸贮槽中，经密度控制槽调节密度后泵送至盐处理罐加入磷酸和碳酸钾然后送煅烧工序。水洗初滤酸作为废酸回收。漂洗洗水返回作一次洗水，整个过程完全自动化操作。三价钛采用经一次水洗后偏钛酸制备。在三价钛制备罐内加入偏钛酸、硫酸加热酸溶后用铝粉还原，保温、冷却后存放待用。盐处理剂采用工业纯碳酸钾或氢氧化钾和磷酸。钾盐在溶解槽中溶解后送计量槽备用。外购磷酸由槽车运来后卸至磷酸贮槽，由泵泵至计量槽供给盐处理用。盐处理浆料中尚需加入金红石型转化的促进剂，促进剂有氧化锌和氧化铝两种，多数都是加入氧化锌也可加入Al2O3。6.煅烧工序：盐处理后的料浆送至煅烧工序偏钛酸料浆贮槽，由泵送至隔膜压滤机进行压滤，滤饼卸至偏钛酸贮斗，底部皮带输送至加料螺旋加入至窑内进行煅烧。随窑的转动，物料向前移动，经与高温气体逆流接触，逐步完成脱水、脱硫以及晶型转化至窑头落入下料管，经双翻板阀至冷却转筒同空气进行间接热交换后被冷却。从冷却转筒出来的物料由斗提机输送螺旋送至大料仓，贮存并供给中间粉碎的辊压磨进行粉碎。离开窑尾的煅烧尾气经旋风收尘器收尘，进入文丘里洗涤器或冷却塔同废酸换热使之废酸中部分水份蒸发，同时降低尾气温度，再经水洗塔降温后的尾气进入碱洗塔电除雾器除去酸雾和粉尘，最后经风机由烟囱排放。7、中粉来自煅烧工段的TiO2煅烧料，通过斗提机螺旋输送机进入大贮仓，再经螺旋输送机送入磨前TiO2贮斗，磨粉时物料经星形给料器、螺旋输送机加入辊压磨，磨碎、润湿分散后进入砂磨机，磨细后送至TiO2浆料贮槽然后泵至后处理表面处理罐进行后处理。8.表面处理：表面处理的目的，旨在提高二氧化钛颜料的应用性能，生产出高档次的产品。通过在二氧化钛粒子包覆诸如硅、铝、锆等氧化物或者一些有机物，增加颜料的耐侯性、抗粉化性和在溶剂中分散性能以及降低光化学活性等。后处理实际上包括一系列工序，首先是将已经粉碎好的中间产品，用除盐水打浆加入硅酸钠、稀碱液使之充分分散并调整PH值，然后经过湿磨分级去除粗粒子，再送去表面处理罐进行化学包膜处理。包膜过程可以理解为酸碱中和的一些复分解反应，目的是使之盐类变成氧化物包覆于二氧化钛表面。包膜后的二氧化钛用除盐水洗涤，水洗过程基本上同偏钛酸水洗，这里主要除去包膜时产生的盐类杂质。洗涤合格后的二氧化钛送去干燥，干燥后的二氧化钛用引进的气粉机粉碎。在后处理工序除纯钛液外还包括一系列的包膜剂制备。诸如硫酸铝、硅酸钠、稀硫酸、稀碱液等的制备。（二）锐钛钛白工艺流程简图如下：钛铁矿钛铁矿粉碎酸解沉降及泥浆处理二次精过滤亚铁分离结晶一次控制过滤浓缩水解一次水洗漂白二次水洗成品粉碎、包装煅烧盐处理工艺流程说明：1.钛铁矿粉碎拆包后的散装钛铁矿由自卸车运至原矿库，经铲车加料至斗式提升机，再经链式输送机送入磨前贮斗。经电子秤称重量后加入磨机，磨后料由循环风机送至分级机进行粗细分选，细度不合格的物料经返料链运机返回磨机重磨。细度合格矿粉随风进入旋风分离矿粉后进入循环风机，一部分热风回到磨前与热风炉供给的热风一起进磨供研磨与干燥，并把磨后物料带出磨机，一部分热风回到磨后作为输送的分级所需风量的补充。多余的含尘气体经布袋收尘器净化后由风机排空。旋风和布袋收尘器的矿粉由链式输送机集中送入矿粉贮斗转由斗式提升机、链式输送机送至酸解的计量贮斗待用，或送入矿粉的缓冲贮仓贮存。2.酸解-泥浆处理：由硫酸装置送来的95%（或91%）硫酸进入本工序设置的硫酸贮槽经计量加入到预混合槽，与来自原矿粉碎工段经计量后的钛精矿在预混合槽经搅拌充分混合，混合均匀后经分配器放入选定的酸解罐中。用蒸汽加热引发酸解反应。酸解反应使钛铁矿中的大部分金属氧化物与硫酸发生反应，其中钛以硫酸氧钛的形式作为分解产物。酸解反应为放热反应，反应放出的热量使酸解罐中的物料温度迅速升高至180℃～200℃左右，温度的升高加速了酸解反应的进行。酸解主反应完成后熟化一定时间，通过仪表计量加水浸取，浸取一段时间调整钛液中的三价钛离子含量及F值。浸取完成后的钛液用泵送到沉降工序。酸解反应产生的酸解尾气中含有大量的水蒸气及微量的矿粉尘、二氧化硫、三氧化硫、硫酸雾等污染物质。通过管道将酸解尾气引至酸解罐主烟囱中，将水池中的碱性水通过水泵喷射进入酸解罐主烟囱，洗涤除去酸解尾气中的矿粉尘及二氧化硫等污染物质，并将酸解尾气冷却至50℃左右，洗涤后的酸解尾气通过酸解罐烟囱40米高点达标排放。洗涤废水设冷却塔循环使用，并用其中一部分输送酸解泥渣至污水处理场，分离部分未反应矿粉后进入污水处理场同其它酸性废水一并中和处理。将改性好的絮凝剂加入到絮凝剂溶解槽，加水通过蒸汽加热使絮凝剂溶解，絮凝剂稀释到使用浓度后送入絮凝剂计量槽。稀释后的絮凝剂按照一定的比例通过比值流量调节方式与酸解后的硫酸钛液一道加入沉降槽。在絮凝剂的絮凝作用下，钛液中未反应的钛矿和其它不溶性的杂质在沉降槽内以泥浆的形式沉降到沉降槽的底部。吸取沉降槽上部澄清合格的清钛液用泵送钛液热过滤工序进一步净化。沉降槽底部的泥浆待积累到一定位置后用泵送到泥浆处理工序，泥浆在泥浆槽中通过蒸汽间接加热，加热后的泥浆用板框过滤，滤液返回到沉降槽，泥渣用压缩空气吹干，直接送泥渣场堆放。3.过滤-结晶-分离：由酸解-沉降工序来的钛液加入助滤剂木屑粉或硅藻土，经混合均匀后泵送至钛液板框进行一次控制过滤，除去钛液中的杂质。除杂后的钛液进入冷冻、结晶系统，亚铁结晶析出。达到放料终温后去圆盘分离机分离硫酸亚铁。亚铁去堆场进行包装，叉车送至亚铁库。滤液进入稀钛液贮槽再泵至以木炭为助滤层的板框压滤机中进行二次精过滤。4．浓缩-水解合格的清钛液经泵送入钛液预热器，用蒸汽冷凝水预热后进入薄膜蒸发器，使之浓度提高至200g/l，然后进入浓钛液贮槽。二次