硫酸法制鈦白地實(shí)用工藝設(shè)計(jì)2

1、實(shí)用文案/硫酸法制鈦白的工藝設(shè)計(jì)第一章 概論1.1 設(shè)計(jì)的目的1 鞏固和運(yùn)用所學(xué)的課程知識(shí)、理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)工藝觀點(diǎn)；訓(xùn)練、觀 察、分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題及獨(dú)立工作能力。2掌握鈦白粉生產(chǎn)酸解工段的知識(shí)和技能，學(xué)習(xí)和操作控制與生產(chǎn)管理的 有關(guān)知識(shí)。3畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等工科學(xué)校教學(xué)計(jì)劃的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生開(kāi)展科 研，綜合運(yùn)用的所學(xué)知識(shí)和技能， 提高分析和解決本專(zhuān)業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù) 問(wèn)題的能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。1.2 設(shè)計(jì)的實(shí)際意義 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)使學(xué)生獲得工程師所必須的初步的綜合訓(xùn)練， 在不同的程度 上提高調(diào)研，查閱文獻(xiàn)和收集資料的能力，分析和制定設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)方案的能力， 設(shè)計(jì)，計(jì)算，繪圖和使

2、用工具書(shū)的能力，技術(shù)經(jīng)濟(jì)的分析和組織工作的能力，撰 寫(xiě)論文或說(shuō)明書(shū)的能力等。1.3 設(shè)計(jì)的課程本設(shè)計(jì)的課題為“年產(chǎn) 1 萬(wàn)噸鈦白粉廠酸解水解工序的工藝設(shè)計(jì)”1.4 設(shè)計(jì)依據(jù) 1中鹽珠化鈦白粉廠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)； 2硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝 ； 3無(wú)機(jī)鹽工藝學(xué)鈦白粉章節(jié)；1.4 設(shè)計(jì)的課程本設(shè)計(jì)的課題為“年產(chǎn) 2 萬(wàn)噸鈦白粉硫酸法制備工序的工藝設(shè)計(jì)”1.5 設(shè)計(jì)方案及生產(chǎn)規(guī)模（1）年生產(chǎn)力：折算成 100 銳鈦型鈦白粉噸（2）年工作時(shí)間： 300 天（3）日產(chǎn)量：按 100 的鈦白粉計(jì)劃噸（4 ）生產(chǎn)方法 以鈦鐵礦或富鈦料 （ 包括鈦渣，酸溶性鈦渣、天然和人造 金紅石 ）為原料，用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的稀有

3、金屬冶煉廠設(shè)計(jì)。（5）原料組成經(jīng)研磨、干燥的鈦精礦（含 42%-60% 的 TiO 2）、濃硫酸92%94% 。1.6 設(shè)計(jì)任務(wù)1對(duì)生產(chǎn)鈦白粉的酸解工段提出流程設(shè)計(jì)3. 對(duì)生產(chǎn)鈦白粉的水解工段提出流程設(shè)計(jì)4對(duì)該工藝流程進(jìn)行物料衡算5對(duì)該工藝流程的主要設(shè)備提出設(shè)計(jì)和選型 6繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖第二章 緒論2.1 鈦白粉的發(fā)展簡(jiǎn)史二氧化鈦俗稱(chēng)鈦白， 它不但物理性質(zhì)十分穩(wěn)定， 而且還具有良好的光學(xué)、 電 學(xué)性能和卓越的顏料特性， 是當(dāng)前一種最佳的白色顏料。 它的一些其它特性也使 它在現(xiàn)代工業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代國(guó)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)方面得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。有關(guān)鈦白粉的制備和性能的研究，始于 1824 年

4、，由于提取的困難和尋求適 當(dāng)?shù)挠猛荆?直到 1910 年在鈦元素發(fā)現(xiàn) 100 年后，才分別由挪威的杰布森與法魯 普，法國(guó)的羅西和美國(guó)的巴頓共同完成了用硫酸法及熔融法從鈦鐵礦中制備二氧 化鈦的生產(chǎn)工藝研究。 1916 年在挪威的菲特烈斯得建成了世界上第一個(gè)年產(chǎn) 1000 噸含 25 的二氧化鈦的復(fù)合顏料廠。 1918 年美國(guó)的鈦顏料公司在尼亞加 拉瀑布成功建廠，并于 1919 年開(kāi)始生產(chǎn)二氧化鈦復(fù)合顏料。再此期間，由于一 戰(zhàn)和當(dāng)時(shí)硫酸法工藝存在缺陷，使得二氧化鈦工業(yè)的發(fā)展速度非常緩慢。 1921 1923 年，法國(guó)的布盧姆菲爾德首創(chuàng)采用稀釋法晶種對(duì)鈦的硫酸鹽溶液水解制 備水合二氧化鈦的工藝進(jìn)行了

5、重大改革， 由法國(guó)的塞恩茲公司于 1923 年采用 并生產(chǎn)出含有96 % 99 % Td的顏料鈦白。至于純的TiO2的生產(chǎn)，是由美國(guó) 的國(guó)家鉛業(yè)公司在 1925 年完成的。 1930 麥克倫堡采用外加堿中和晶種，對(duì)硫 酸鹽水解法制備鈦白的工藝作了又一次改革， 接著硫酸法的工藝從各方面得到不 少改進(jìn)，更趨完善， 促使鈦白粉的成本不斷降低而產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超 越了其它白色顏料， 至1951 年加拿大魅北克鐵鈦公司開(kāi)始認(rèn)高品位高鈦渣為硫 酸法鈦白的顏料，為鈦白生產(chǎn)減少了廢副產(chǎn)品，并提供了新的原料路線。鈦白粉的初始生產(chǎn)幾乎都是銳鈦型的，金紅石型被認(rèn)為難以人工制造。 1930-1937 年，在

6、捷克用晶種法水解鈦的硫酸鹽溶液及四氯化鈦加熱的加熱方 法首先制出了金紅石型鈦白粉， 從1941 年起美國(guó)組織了金紅石型二氧化鈦工業(yè) 規(guī)模的生產(chǎn)，并向市場(chǎng)提供了產(chǎn)品。七十多年來(lái)， 硫酸生產(chǎn)鈦白粉雖有成千上萬(wàn)的專(zhuān)利和改進(jìn)， 但其基本工藝仍 未脫離 1910 年的雛形，鈦白生產(chǎn)的工藝流程長(zhǎng)， 操作要求精細(xì)， 生產(chǎn)技術(shù)繁雜， 幾乎要使用所有的化學(xué)單元設(shè)備， 側(cè)線手段要求多， 建廠投資也很高， 這是由于 鈦白粉的生產(chǎn)不僅要求化學(xué)純度高， 而且尚須具有確定的晶型， 化學(xué)性質(zhì)和其它 應(yīng)用性能。上述特點(diǎn)使鈦白粉工業(yè)目前仍集中在少數(shù)工業(yè)技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家內(nèi)生 產(chǎn)，其規(guī)模多在 2-10 萬(wàn)噸/ 年之間。目前世界約有二

7、十多個(gè)國(guó)家，五十多家公 司，一百多家工廠生產(chǎn)鈦白粉。我國(guó)鈦白粉生產(chǎn)始于 50 年代，70 年代初南京油脂化工廠利用化工部涂料工 業(yè)的研究所的技術(shù)， 開(kāi)始生產(chǎn)金紅石型的鈦白粉， 為了綜合利用我國(guó)攀枝花的礬 鈦磁鐵礦資源， 1981 年化工部涂料工業(yè)研究所與化工部第三設(shè)計(jì)院和現(xiàn)江蘇太 白集團(tuán)合作，在該廠進(jìn)行的認(rèn)攀礦為原料生產(chǎn) 500 噸涂料用金紅石型硫酸法鈦 白粉中間試驗(yàn)，獲得了用攀礦生產(chǎn)涂料用金紅石型鈦白粉的技術(shù)基礎(chǔ)。自 70 年 代開(kāi)放以來(lái)， 鈦白粉行業(yè)與國(guó)外同行接觸頻繁， 發(fā)現(xiàn)我國(guó)鈦白粉生產(chǎn)與國(guó)外差距 很大。因此引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)以加快提高我國(guó)鈦白粉生產(chǎn)工業(yè)水平，到 80 年代初， 全國(guó)約有 30

8、 多家鈦白粉生產(chǎn)單位。2.2 世界鈦白粉產(chǎn)品設(shè)計(jì)意義二氧化鈦（或稱(chēng)鈦白粉）廣泛用于各類(lèi)結(jié)構(gòu)表面涂料、紙張涂層和填料、塑 料及彈性體，其他用途還包括陶瓷、玻璃、催化劑、涂布織物、印刷油墨、屋頂 鋪粒和焊劑。鈦白粉既可用于鈦鐵礦、金紅石制取，也可用鈦渣制取。鈦白粉生 產(chǎn)工藝有兩種：即硫酸鹽工藝和氯化物工藝，硫酸鹽法的技術(shù)比氯化法更完善。2.3 廠址選擇的原則由于硫酸法生產(chǎn)鈦白粉所產(chǎn)生的廢水、 廢氣、廢渣對(duì)化境污染嚴(yán)重， 且需水、 礦量大，在廠址選擇是應(yīng)遵循以下原則：（1）廠址應(yīng)選在原料， 燃料供應(yīng)和產(chǎn)品銷(xiāo)售便利的地區(qū)， 并在存儲(chǔ)， 機(jī)修， 公用工程和生活設(shè)施等方面具有良好協(xié)作條件的地區(qū)。（2）廠址

9、應(yīng)靠近水量充足和水質(zhì)良好礦水源區(qū)。3）應(yīng)有便利交通條件，最好靠近鐵路和河流（4）選廠址應(yīng)注意當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境條件，并對(duì)提產(chǎn)后對(duì)環(huán)境可能造成的影響 做出評(píng)估，生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)應(yīng)同時(shí)確定。（5）廠址不占或少占耕地，自然地形應(yīng)有利于廠房和管路的布置、交通聯(lián) 系和場(chǎng)地排水。2.4 鈦白粉廠設(shè)計(jì) 以鈦鐵礦或富鈦料（包括鈦渣，酸溶性鈦渣、天然和人造金紅石）為原料， 用硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的稀有金屬冶煉廠設(shè)計(jì)。2.5 車(chē)間組成與配置硫酸法鈦白粉廠的主要車(chē)間有酸解車(chē)間、 水解車(chē)間、 焙燒車(chē)間、后處理車(chē)間 和綜合回收車(chē)間。 硫酸貯庫(kù)要單獨(dú)布置， 與生產(chǎn)廠房保持一定的距離， 滿(mǎn)足安全 技術(shù)規(guī)程的要求。 后處理車(chē)間布置在廠區(qū)

10、的上風(fēng)向， 防止廢氣污染產(chǎn)品。 副產(chǎn)品 回收和“三廢”處理可以集中布置。第三章 工藝敘述3.1 鈦白粉的生產(chǎn)工藝流程（1）原礦準(zhǔn)備鈦精礦一般粒度比較粗， 比表面積較小， 酸解時(shí)與硫酸接觸面積小， 不易被 硫酸有效地分解。因此，在使用前必須將其磨細(xì)，以增加反應(yīng)接觸面，使酸解反 應(yīng)能夠正常進(jìn)行。參加酸解反應(yīng)的礦粉不僅必須達(dá)到一定的細(xì)度，而且粒度分布要求窄而均 勻，這樣才能得到較高的酸解率，得到符合工藝要求的硫酸鈦液。 按照酸解的 工藝要求，用雷蒙磨磨礦，將鈦精礦粉碎至一定的粒度。一般礦粉細(xì)度要求為： 325目篩余1.5% 。（2）酸解酸分解作業(yè)是在耐酸瓷磚的酸解罐中進(jìn)行的。將濃度為 92-94 的

11、濃硫酸 裝入酸解罐中并通入壓縮空氣， 在攪拌的情況下加入磨細(xì)的鈦精礦。 精礦與硫酸 的混合物用蒸氣加熱以誘酸解主反應(yīng)的進(jìn)行， 主反應(yīng)結(jié)束后， 讓生成的固相物在 酸解罐中熟化， 使鈦精礦進(jìn)一步分解， 分解后所得固相物基本上是由鈦鐵硫酸鹽 和一定數(shù)量的硫酸組成。固相物冷卻到一定溫度后，用水浸出，并用壓縮空氣攪拌，浸出完全以后， 浸出溶液用鐵屑還原，將溶液的硫酸高鐵還原成硫酸亞鐵。（3）鈦液的凈化鈦液凈化包括沉降、結(jié)晶、分離、過(guò)濾等工序。沉降是借助于重力作用， 向鈦液中加入沉降劑 （主要絮凝劑是改性聚丙烯酰 胺），除去鈦液中的不溶性雜質(zhì)和膠體顆粒，使鈦液初步凈化。冷凍結(jié)晶在冷凍鍋中進(jìn)行， 主要利用硫

12、酸亞鐵的溶解度隨著鈦液溫度降低而 降低的性質(zhì)。 用冷凍鹽水帶走鈦液熱量， 使其降至適當(dāng)?shù)臏囟龋?從而使大量的硫 酸亞鐵結(jié)晶析出。分離、過(guò)濾是由錐藍(lán)離心機(jī)分離， 抽濾及板框壓濾三個(gè)工序構(gòu)成。 冷凍后的 鈦液經(jīng)錐藍(lán)離心機(jī)分離及抽濾池抽濾， 得到初步凈化的稀鈦液， 最后將稀鈦液通 過(guò)板框壓濾，得到符合生產(chǎn)需要的清鈦液。（4）鈦液濃縮 鈦液濃縮采用連續(xù)式薄膜蒸發(fā)器，在減壓真空的條件下蒸發(fā)掉鈦液中的水 份，以符合水解工序的需要。（5）水解水合二氧化鈦是由鈦的硫酸鹽溶液熱水解而生成的。為了促進(jìn)熱水解反應(yīng)， 并使得到的水合二氧化鈦符合要求，一般采用引入晶種或自生晶種的方法。（6）水洗及漂洗由于水解反應(yīng)是在較

13、高的酸度下進(jìn)行的， 因此大部分雜質(zhì)磷酸鹽仍以溶解狀 態(tài)留在母液中。 水洗的任務(wù)是將水合二氧化鈦與母液分離， 再用水洗滌以除盡偏 鈦酸中所含可溶性雜質(zhì)。 經(jīng)過(guò)水洗而仍殘留在水合二氧化鈦中的最后一部分雜質(zhì) （高鐵為主），則以漂洗來(lái)除去，即在酸性條件下以還原劑將不溶的高鐵還原為 可溶性的亞鐵，再進(jìn)行二次水洗。（7）鹽處理鹽處理是在鹽處理鍋中進(jìn)行。在充分?jǐn)嚢璧那闆r下， 向偏鈦酸漿液中加入碳酸鉀和磷酸等鹽處理劑， 可防止煅燒物料燒結(jié)，隱蔽雜質(zhì)元素的顯色，使煅燒產(chǎn)品顆粒松軟，色澤潔白等。（8）煅燒回轉(zhuǎn)窯是目前最廣泛采用的煅燒設(shè)備。鹽處理后的偏鈦酸在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)高溫脫水、 脫硫及晶型轉(zhuǎn)化等過(guò)程， 得到具 有顏

14、料性能的鈦白粉。在煅燒階段，隨著 S03 和酸霧的排除，不可避免要夾帶 一些細(xì)微的 TiO2 粒子，縷縷煙氣明顯可見(jiàn)。因此，工廠必須設(shè)有回收 Ti02 粒 子、除塵和除酸霧的裝置，以使煅燒尾氣處理后排放。（9）后處理 二氧化鈦后處理是按照不同用途對(duì)煅燒所得二氧化鈦進(jìn)行各種處理以彌補(bǔ) 它的光活性缺陷， 并改變它的表面性質(zhì)。 后處理包括分級(jí)， 無(wú)機(jī)和有機(jī)表面包膜 處理，過(guò)濾，干燥、超微粉碎和計(jì)量包裝等，從而獲得表面性質(zhì)好，分散性高的二氧化鈦成品。3.2 硫酸法生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉的工藝流程簡(jiǎn)圖圖（一）硫酸法生產(chǎn)銳鈦型鈦白粉的工藝流程框圖標(biāo)準(zhǔn)鈦鐵礦分散劑為了促進(jìn)這個(gè)反3.酸解的基本原理鈦鐵礦與硫酸的反應(yīng)

15、非常緩慢，在常溫下幾乎不發(fā)生變化應(yīng)，往往需要加熱，引導(dǎo)反應(yīng)的開(kāi)始。如以偏鈦酸亞鐵FeTiO3代表鈦鐵礦的主要成份，則酸解反應(yīng)中的主反應(yīng)：FeTiO3+3H 2SO4Ti(SO4)2+FeSO 4+3H 2OTiOSO4+FeSO4+2H 2OFeTiO3+2H 2SO4Fe2O 3+3H 2SO4Fe2(SO4)3+3H 2O從這些反應(yīng)式看，反應(yīng)結(jié)果得到的是（正）硫酸鈦Ti（S04）2硫酸氧鈦TiOSO4，硫酸亞鐵FeSO4和硫酸高鐵Fe2（SO4）3這四種物質(zhì)。硫酸氧鈦的生成, 也可以視為是硫酸鈦初步水解的產(chǎn)物。Ti（SO4）2+H 2 OTiOSO 4+H 2SO4酸解后生成的硫酸鈦Ti（

16、SO4）2和硫酸氧鈦TiOSO4之間的比例由酸解條件而 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 一份只需要一份硫酸。3.4原料及產(chǎn)品的技術(shù)條件原料鈦鐵礦成分（攀礦）組分TiO2組成50 %FeO34 %FezQ13 %MgO1%SiO21 %Al2O31 %表2 原料鈦鐵礦成分（攀礦）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)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）262845 mm篩條（不大于稱(chēng)樣）0.10.3水溶性鹽（不大于稱(chēng)樣）0.50.6水懸浮液 ph

17、值6.5-8.56.0-8.5105 揮發(fā)水分（不大于稱(chēng)樣）0.50.53.5水解工段的基本原理鈦液的水解屬鹽類(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+3H 2OTi （OH） 4 >H 2SO4 ;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。其反應(yīng)方程式為:TiOSO4+2H 2O 沸騰H2TQ3 J+H 2SO4。水解生成的偏鈦酸具有無(wú)定型結(jié)構(gòu)或者不明顯

18、的微晶體結(jié)構(gòu)，其直徑為3nm10 nm,它們按一定的方向（2030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 6阿0 （jm,是由約1 000個(gè)60nm75nm 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。第四章物料衡算質(zhì)量守恒定律即：進(jìn)入一個(gè)系統(tǒng)的全部物料量必

19、等于離開(kāi)這個(gè)系統(tǒng)的全部物 料量，再加上過(guò)程中損失量和在系統(tǒng)中積累量。依據(jù)質(zhì)量守恒定律，對(duì)研究系統(tǒng)作物料衡算，可用下式表示：工G進(jìn)=ZG出+工G損+ YG積式中習(xí)G進(jìn)一輸入物料量總和;ZG出離開(kāi)物料量總和;習(xí)G損一總的損失量;積一系統(tǒng)中積累量4.1 計(jì)算依據(jù)1鈦鐵礦的組成（ %）2投料礦酸比約為 1：1.60（100% H2SO4 ）3 .鐵屑（Fe >85% ）加量為礦粉的5.5%4硫酸濃度：稀釋前92.5%5. 廢酸濃度： 100g/t9.5%6. 固相物用廢酸用量為浸取水量的7. 酸解率8. 水解率9. 鐵液的質(zhì)量指標(biāo)3TiO2 濃度 130g/tTi 含量為 3g/t沉降凈化收率稀

20、釋后 88%1/694%98.5%穩(wěn)定性40098.5%10 .計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)：以每噸100% TiO2計(jì)11 .年操作日：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，鈦白粉的年生產(chǎn)能力為 40000 噸每年，開(kāi) 工因子 =生產(chǎn)裝置時(shí)間 /年自然時(shí)間，為了充分利用設(shè)備，開(kāi)工因子應(yīng)取的較大， 接近 1 ，但又不能等于 1，因?yàn)檫€要考慮到設(shè)備的檢修以及開(kāi)停車(chē)等情況，開(kāi)工 因子一般取為0.80.9，全年365天，則年生產(chǎn)300330天；因此除去季保 養(yǎng)、月保養(yǎng)、修理、放假等總計(jì) 65天，則年工作日為（36565）天=300 天, 定晝夜生產(chǎn)為三班。12 化合物分子量和元素原子量如下:表4 分子量和元素原子量TiO2TiTQSO4Ti(

21、OH )4H2TQ3Ti2(SO4)3H2SO4NaOHNa2 SO4FeSO479.947.9159.9115.997.9383.997.939.9141.9151.94.2各工序收率分配圖圖（二）各工序收率分配圖96.5%91.5%98%粉碎<%注：1 表示每噸成品需要處理的物料量（公斤）（以TiO2為準(zhǔn)）2 表示每小時(shí)需要處理的物料量（公斤）（以TiO2為準(zhǔn)）3工序收率 4工序累計(jì)收率4.3 酸解水解物料衡算計(jì)算基準(zhǔn)：（單位除標(biāo)注處，均以kg/t TQ2計(jì)）日產(chǎn)： 20000/300=66.67 噸每小時(shí)產(chǎn)：66.67 x1000/24=2777.92 kg1 原料輔助材料消耗量a

22、 .鈦鐵礦粉的用量2777.92 X0.98 廿0%=5444.72kg/t TiO?b .鐵屑用量5444.72 X5.5%=299.46 kg/tTiO?c .硫酸用量5444.72 X1.6=8711.55 kg/t TiO?2礦粉酸解理論計(jì)算a.礦粉中TiO2與H2SO4反應(yīng)TiO2 H2SO4TiOSO4 H2Ox1H 2SO45444.7250%94%97.9 79.93135.52kg/t TiO 2x1TiOSO45444.7250%94%159.9 79.95121.24kg/t TiO 2x1H 2O5444.7250%94%18 79.9 576.50 kg/t TiO

23、2b 礦粉中FeO與H2SO4反應(yīng)FeO H 2SO4 FeSO4 H 2Ox2H 2SO45444.72 34% 94% 97.9 72 2366.10kg/t TiO 2 x2FeSO4 5444.72 34% 94% 15919 72 3671.20kg/t TiO 2x2H2O 5444.72 34% 94% 18 72 435.03kg/t TiO 2c. Fe2Q 與 H2SO4反應(yīng)Fe Fe2O3 3H 2SO4 3FeSO4 3H 2Ox3H2SO4 5444.72 13% 94% 293.7 160 1221.32kg/t TiO 2x3Fe 5444.72 13% 94%

24、56 160 232.87 kg/t TiO 2x3H 2O 5444.72 13% 94% 54 160 224.55kg/t TiO 2 x3FeSO4 5444.72 13% 94% 455.7 160 1894.99 kg/t TiO 2 d .為了保證鈦液中 Ti 3 含量為 3g/t, 需要加入的鐵屑與硫酸反應(yīng)時(shí) 因?yàn)樗峤饨『蟮拟佉后w積為35444.72 X50% X94%/130=19.68 m3/tTiO2所以鈦液中Ti3的重量為（以TiO2計(jì)）3 X19.68=56.67 kg由2TiO2與Ti2（SO4）3的關(guān)系Ti2（SO4）3=56.67 X383.9 十（2 X79

25、.9）=136.14 kg2TiOSO4 Fe 2H2SO4FeSO4 Ti2（SO4）3 2H2Ox4TiOSO4 319.8 136.14 383.9 113.41 kg/t TiO 2x4FeSO4 151.9 136.14 383.9 53.87kg/t TiO 2x4Fe 56 136.14 383.9 19.86kg/t TiO 2x4H2SO4 97.9 2 136.14 383.9 69.44kg / tTiO2x4H 2O 36 136.14 383.9 12.77 kg/t TiO 2因此鐵屑總用量為 x3Fe x4Fe 232.87 19.86 252.73 kg/t T

26、iO 2e .礦粉中MgO與H2SO4反應(yīng)MgOH 2 SO4MgSO4H 2Ox5H 2SO45444.721%94%97.9 40125.26 kg/t TiO 2x5MgSO45444.721%94%120 40153.54 kg/t TiO 2x5H 2O5444.721%94%18 4023.03kg/t TiO 2f .礦粉中AI2O3與H2SO4反應(yīng)Al2O3 3H2SO4 Al2(SO4) 3H2Ox6H2SO4 5444.72 1% 94% 293.7 102 147.37 kg/t TiO 2x6AI2(SO4)3 5444.72 1% 94% 342 102 171.60

27、 kg/t TiO 2x6H2O 5444.72 1% 94% 54 102 27.10 kg/t TiO 2g .礦粉中的SiO2與硫酸反應(yīng)當(dāng)?shù)V粉中的SiO2以元素硅存在時(shí)，可以認(rèn)為是不參加反應(yīng)，但當(dāng)硅酸鹽存在 時(shí)硅組成能參與酸解反應(yīng)，并生成帶正電的硅酸，本計(jì)算假定它不與硫酸反應(yīng)。 綜合計(jì)算結(jié)果， 酸解中硫酸理論需要量與反應(yīng)后的生成物組成如下： xH2SO4 3135.52 2366.10 1221.32 69.44 125.26 147.37 7065.01 kg/t TiO 2 xTiOSO4 5121.24 113.41 5007.83 kg/t TiO 2xTi2 SO4 3 136

28、.14kg/t TiO2xFeSO4 3671.2 1894.99 53.87 5620.06kg/t TiO 2xAI2(SO4)3 171.60 kg/t TiO 2xMgSO4 161.22 kg/t TiO 2xH2O 576.50 435.03 224.55 12.77 23.03 27.10 1298.98 kg/t TiO 23. 稀釋濃硫酸( 92.5% 的硫酸)用廢酸水( 9.5%的硫酸)的量實(shí)用文案生產(chǎn)一噸鈦白粉需要 100% 的硫酸 8711.55kg ，按酸解時(shí)配制的 88% 的硫 酸計(jì)為： G 8711.55 / 88% 9989.49kg其中 GH2O 1277.9

29、4 kg ， GH2SO4 8711.55kg假設(shè) 92.5%硫酸用量為 GA kg9.5%廢酸用量為 GB kg92.5%GA 9.5%GB 8711.55GA GB 9989.49上兩式聯(lián)列方程組解得 GA 9352.47kg ， GB 637.02kg其中GA H 2SO4 =8651.03kgGa 水=701.44kgGB H 2SO4=60.52kgGb 水=576.5kg4. 酸解排出廢氣量參考國(guó)內(nèi)某廠生產(chǎn)測(cè)定數(shù)據(jù)，酸解主反應(yīng)時(shí)，每噸每分鐘排出56 m3 廢氣，3 3 3 其中含 H2O500 g/m3，SO37.6 g/m3, SO21.18 g/m3酸解反應(yīng)與上述類(lèi)似， 當(dāng)投礦

30、量為 5444.72kg/ 鍋，主反應(yīng)時(shí)間為 10 分鐘， 則排出廢氣量為Q'廢 5444.72 10 3 56 10 3049.04m3/tTiO2其中：G'HO 3049.04 500 10 31524.52kg/tTiO2G'SO 3049.04 7.6 10 3 23.17kg/tTiO2考慮到酸解其他階段的排氣，假定主反應(yīng)排出的廢氣為總排出廢氣量的80%標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文案G廢酸水16615.52/6 2769.25kg/tTiO 2所以每噸100% TiO2排出的廢氣量為:Q”廢3049.0480%3811.3Ckg/tTiO2其中G''H 2O15

31、24.5280%1905.65kg/tTiO2G''SO3G''SC223.1780%3.6080%28.96kg /tTiO?4.5kg /tTiO2標(biāo)準(zhǔn)將SO3和SO2換算成H2SO4或H2SO3的量，則排出的廢酸組成為:Gh2o 1905.65 (28.96 18 80) (4.5 18 80)1898.12kg / tTiO2GH2SO428.96 97.9 80 35.44kg/tTiO2Ghso 4.5 82 645.77kg/tTiO25. 酸解固相物的浸取由酸解反應(yīng)可知，進(jìn)酸解鍋的物料量（以生產(chǎn)一噸100%的TiO2計(jì)）G進(jìn)5444.72 998

32、9.49 15434.21 kg/t TiO 2所以排出廢氣量為：Q廢 Gh2o Gh2so4 Gh2so,1898.12 35.44 5.771939.33kg / tTiO?所以固相物量為：G固 G進(jìn) G廢 15434.211939.3313494.88kg / tTiO2由G固 Gzk vgd其中 v-浸取后鈦液的體積19.68 m3/tTiO2d-浸取后鈦液的比重1530 kg/ m3所以G水 19.68 1530 13494.8816615.52 kg / tTiO2其中廢酸水的用量參考國(guó)內(nèi)某廠經(jīng)驗(yàn)約為浸取水量的1/6，則加入的廢酸水的量為：其中：Gh2so4 2769.25 9.5

33、% 263.08kg/tTiO2Gh2o 2769.25 263.082506.17kg /tTiO2因此自來(lái)水的量為：G自來(lái)水 16615.52 (2769.25263.08)14109.35kg /tTiO26. 固相物浸取后鈦液中雜質(zhì)的含量a 已知酸解率為94%即另有6%的礦粉不酸解，并殘留在鈦液中W 5444.72 6%326.68kg / tTiO2b .礦粉中SQ假定1%不反應(yīng)，認(rèn)為全部殘留在鈦液中W25444.72 1%54.45kg /tTiO2c.鐵屑雜質(zhì)的量W3299.46 (1 85%)44.92kg /tTiO2所以鈦液浸取后雜質(zhì)含量(以干基計(jì))W干 W W2 W342

34、6.05kg /tTiO27. 浸取后鈦液的酸度系數(shù)F=鈦液中有效酸的含量/鈦液中TiO2含量=(8711.55 7065.01)3135.52 69.44263.08 35.44 5.772722.36 (326.68 2)=1.988鈦液的組成（98.5%- 沉降收率）a. TQSO498.5% X5007.83=4932.71kg/tTiO 2b . Ti2(SQ)3實(shí)用文案98.5% X136.14=134.1O kg/tTiO?c FeSO498.5% X5620.06=5535.76kg/tTiO?d Al2(SO4)398.5% X171.6O=169.O3 kg /tTiO2e

35、 MgSO498.5% X161.22=158.80 kg/tTiO2f H2SO498.5 %X(8711.55-7065.01+263.08-35.44-5.77) =1840.38kg/tTiO2g H2O98.5% 1300.96 1277.94 1898.12 16615.52 17036.86kg/tTiO28. 鈦液沉降后泥渣的組成a TiOSO45007.83-4932.71=75.12 kg/tTiO2b Ti2(SO4)3136.14-134.10=2.04kg/tTiO2c FeSO45620.06-5535.76=84.3 kg/tTiO2d Al2(SO4)3171.

36、60-169.03=2.57kg/tTiO2e MgSO4161.22-158.80=2.42kg/tTiO2f. H2SO41868.41-1840.38=28.03 kg /tTiO 2g . H2O17296.3-17036.86=259.44 kg / tTiO?h .雜質(zhì)426.05kg9. 水解理論計(jì)算Ti（SO4）2 +H 2O TiOSO 4 +H 2 SO4TiOSO 4 +H 2 O* H2TQ3+ H 2 SO 4經(jīng)上面計(jì)算可知 xTiOSO4為4932.71kg/t TiO 2xH 2 TiO 3 =4932.7198.5%97.9159.9=2974.79kg/t T

37、iO 2XH20 =4932.7198.5%18159.9=546.94kg/t TiO 2XH2SO4 =4932.7198.5% 97.9 159.9=2974.79 kg/t TiO 2為了使水解更完全通常加入物料 5%的水由于水解后的偏鈦酸液有雜質(zhì)，需要用稀硫酸洗滌，通常每生產(chǎn)It成品鈦白粉要產(chǎn)生 8-l0t“濃廢酸”。4.4物料平衡表（1 ）酸解物料平衡表（以kg/t TiO2計(jì)）表5酸解物料平衡表（以kg/t TiO?計(jì)）序號(hào)進(jìn)料序號(hào)岀料1酸解反應(yīng)酸解廢氣鈦鐵礦粉5444.72H2SO435.44H2SO48711.55h2so35.77h2o1277.94h2o1898.12固相

38、物13494.88合 計(jì)15434.21合計(jì)15434.21序號(hào)進(jìn)料序號(hào)岀料固相物13494.88TQSO45007.83鐵屑299.46Ti2（SO4）3136.14廢酸水H2SO4263.08FeSO45620.06H2O2506.17Al2（SO4）3171.60自來(lái)水14109.35MgSO4161.22H2SO41868.41H2O17296.3雜質(zhì)411.38合計(jì)30672.94合計(jì)30672.94（2 ）沉降物料平衡表（以kg/t TQ2 計(jì)）表六沉降物料平衡表（以kg/t TiO2 計(jì)）序號(hào)進(jìn)料序號(hào)岀料1 鈦液1清鈦液 TiOSO45007.83 TQSO44932.71 Ti

39、 2 （SO4 ）3136.14 Ti2（SO4）3134.10 FeSC45620.06 FeS045535.76 Al 2（ SQ ）3171.60 Al 2（SO4 ）3169.03 MgSO4161.22 MgSO4158.80 H 2SO41868.41 H 2SO41840.38h2o17296.3 h2o17036.86雜質(zhì)426.05計(jì)29807.64合計(jì)30687.612沉降泥渣 TQSO475.12Ti2（SO4）32.04 FeSO484.3 Al 2（SO4）32.57 MgSO42.24 H 2SO428.03出。259.44雜質(zhì)426.05計(jì)879.79合計(jì)3068

40、7.61(3)水解反應(yīng)物料平衡表序號(hào)進(jìn)料序號(hào)岀料1 TiOSO44932.711 H 2TiO 32974.792 H2O1563.812 H2O546.943 H 2SO42974.794.5工序需要的主要設(shè)備雷蒙磨；酸解罐；沉降設(shè)備；程序控制的 SX型離心機(jī)；板框過(guò)濾機(jī)；濃 縮罐；水解鍋；葉濾機(jī)；回轉(zhuǎn)窯；氣流粉碎機(jī)等等。4.5酸解鍋的設(shè)備選型計(jì)算1. 依據(jù)(1) 處理鈦鐵礦粉量2736 10OOO=9i200kg/天300(2) 浸取后鈦液比重1530kg/m3(3) 設(shè)備容積利用率 80%(4) 基準(zhǔn)：以每鍋處理的物料量計(jì)算2計(jì)算3由物料衡算可知，每生產(chǎn)1t100%的TiO2需浸取的鈦液量為15415.02kg ，則生產(chǎn)10000t100%的TiO2，每天獲得鈦液量為：G=15415.02x10000/300=513834kg/ 天10000 :為年產(chǎn) 10000 噸 100% 的 TiO2300 :為年操作日300天所以 V=513834/1530=335.84m3/ 天每天酸解按9釜操作，酸解鍋的容積利用率為80%，則需要的酸解鍋的體積為：Vg=335.84/9x0.8=29.85m3取Vg=15m