硫酸法制钛白的一种连续酸解方法

硫酸法制钛白的一种连续酸解方法
【摘要】硫酸法生产钛白粉会产生大量的废水、废气和废渣，因而给环境造成严重的污染，同时还需要大量的水及矿量，为此，本文提出一种连续酸解的方法，有效解决国内硫酸法生产钛白工艺在酸解主反应时造成的大气污染问题，并消除剧烈酸解主反应带来的安全隐患，确保员工有一个安全可靠的工作环境。

【关键词】硫酸法；钛白；连续酸解
目前，钛白粉日益成为一种无可替代的最佳无机化工颜料，伴随钛白粉在生活中的广泛应用，其生产总量已经逐渐成为社会消费水平的一项重要参考标准。

钛白粉的生产工艺主要包括氯化物工艺及硫酸盐工艺两种，后者比前者更为完善，且钛白粉在陶瓷、塑料、弹性体、油墨、涂布以及焊剂等领域的应用颇为广泛，其生产过程在工业发达国家中的重视程度也很高。

1 钛白粉现有生产技术状况
根据参与反应的硫酸浓度及最终反应物装填，可以将硫酸法生产钛白粉分成液相法、固相法以及两相法等三种。

而目前我国主要采取制备钛白粉的方法为固相法，即由浓度大于80%的硫酸与钛矿粉在酸解锅内迅速、剧烈的发生反应生成固相物，然后加水浸去得到硫酸氧钛钛液，反应间断进行。

与国外先进技术水平相比，这种固相法技术生产规模较小、产品档次较低且质量不够稳定，特别是与国外高档金红石型钛白粉存在很大差距。

在原料方面，大部分国外硫酸法均利用高层次的酸溶性钛渣，这比起国内的钛精矿要具有更高的制备效率。

同时，利用固相法生产钛白粉，还无法对酸解主反应进行精确、稳定的控制，因而无法给员工提供安全可靠的工作环境。

为此，本文提出一种连续酸解的方法，有效解决目前国内硫酸法生产钛白工艺在酸解主反应时带来的大气污染问题；并消除剧烈的酸解主反应带来的安全隐患，同时为员工提供安全可靠的工作环境，精确、稳定的控制酸解主反应的状态，以便能进一步提高酸解率以及硫酸氧钛溶液的稳定性。

2 连续酸解法制备钛白粉的技术内容
（1）连续酸解制备钛白的具体方法步骤。

钛精矿通常粒度较粗，具有较小的比表面积，因而在酸解时与硫酸的接触面积较小，不利于硫酸进行有效地分解。

所以，通常在使用前，会将钛精矿磨细来增加其反应接触面。

利用连续酸解法制备钛白的方法如下：首先，将浓硫酸与钛矿粉按1.3：1～1.7：1（按100%的硫酸计）的比例在高效混合搅拌器进行预混合，搅拌均匀。

混合温度0.5时，具有普通离子溶液性质的钛液便发生水解。

同时，具备胶体溶液性质的钛液在高游离酸条件下，当要维持沸腾状态时，同样能够产生水解，如此便是我们生产具有一定制品及应用性能的水合二氧化钛的理论基础。

事实证明，水解在均匀混合，加料速度平缓，且升温比较温和的条件下效果最好，在该过程，当温度为90℃时，可溶性硫酸氧钛被水解成不溶于水的偏态酸。

同时，为获得备颜料性能的钛白粉，
就应当对加热速度、亚铁离子及钛离子在钛液中的含量等进行严格控制，为此，可以在水解过程中加入晶种或者自生晶种。

通过钛液几个小时的沸腾来实现偏钛酸的沉淀，结束后，通常为提高水解率，可以将一定量的水加入钛液中。

水解沉淀整个过程需要的时间为3h-5h。

过滤洗涤水解沉淀物后，用硫酸在原条件作用下将最后的废物除去。

（3）制备钛白粉的主要工序。

钛精矿制备钛白粉主要工序包括酸解、钛液净化、钛液浓缩、水解、水洗及漂洗、盐处理、煅烧以及后续处理等。

其中酸解时在耐酸瓷砖制作的酸解罐中完成的，其主要作用是让精矿与硫酸混合物通过蒸汽加热以诱酸解主反应进行，待完成主反应后，运用酸解罐将生成的固相物熟化，令钛精矿进一步得到分解，这时得到的固相物为钛铁硫酸盐以及一定量的硫酸。

钛液净化主要借助重力作用，将絮凝剂等沉降剂加入钛液中，将钛液中的不溶性杂质以及胶体颗粒除去，并通过分离和过滤得到初步净化的稀钛液。

钛液浓缩则是利用真空条件，采取连续式薄膜蒸发器，将钛液中的水分蒸发掉。

水解主要是生成水合二氧化钛，通常采取引入晶种或者自生晶种的方式。

而水洗和漂洗则是将水合二氧化钛与母液分离，并将偏钛酸中的可溶性杂质除去（如在酸性条件下用还原剂将不溶的高铁还原成可溶性的亚铁）。

盐处理是利用盐处理锅装置，在此过程中，将磷酸及碳酸钾等盐处理剂加入偏钛酸将夜内，从而有效预防煅烧物料烧结，将杂质元素的显色进行隐蔽，令煅烧产品颗粒呈现松软的状态。

煅烧过程是利用回转窑将盐处理后的偏钛酸进行高温脱硫、脱水并进行晶型转化，进而制成具备颜料性能的产品。

需要注意地是，在煅烧时，伴随三氧化硫及酸雾的排除，将会带走部分细微的二氧化钛粒子，因而工厂需要设置除酸雾及回收二氧化钛粒子的设备，以便在排放之前先将煅烧尾气进行净化处理。

最后，为弥补二氧化钛的光活性缺陷，同时改变其表面性质，还应按照不同用途对煅烧得到的二氧化钛进行无机、有机表面包膜、过滤、干燥、计量包装等后续处理。

（4）连续酸解方法制备钛白粉应用实践。

开启尾气喷淋系统，待喷淋系统运转正常后，将4.62t质量百分数为98%的浓硫酸与3.3t钛矿粉在低于35℃下，在高效混合搅拌器内混合均匀并以5m3/h的流量注入反应器。

以反应器内最高温度170℃为准调整反应启动水的加入速度，得到颗粒较细的固相物。

将固相物与溶解水（可用废酸）一起加入到溶解槽内溶解，通过调节溶解水的流量来确保硫酸氧钛钛液的F值和稳定性。

3 结束语
利用连续算法制备钛白粉，通过对酸解主反应状态及温度的精确控制，确保该反应过程平稳进行，并保证尾气系统的正常运转，使得洗涤的尾气达到了环保排放标准。

同时，投入应用的高度自动化控制，还为员工提供了安全舒适的工作环境，同时也提高了酸解的质量。

并且通过对酸解主反应的精确控制令其酸解后，固相物颗粒均匀细小，溶解的更快更彻底，从而提高了酸解的收率和产量。

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