4萬噸每年硫酸法金紅石鈦白黑段設(shè)計

1、摘 要鈦白粉是目前世界上性能最佳的白色顏料，被廣泛應用于涂料、塑料、造紙、油墨、橡膠、化纖等工業(yè)。由于鈦白粉生產(chǎn)需要較大資金的投入，另外還存在著工藝過程復雜、關(guān)鍵技術(shù)保密、三廢處理困難等特殊性，盡管我國鈦資源十分豐富，但鈦白工業(yè)卻相對落后。本課題主要研究內(nèi)容是設(shè)計4萬噸/年硫酸法金紅石鈦粉廠黑段的設(shè)計。包括工藝技術(shù)方案的選擇、原輔材料、燃料及動力的供應、節(jié)能、環(huán)境保護等的討論，并繪制帶控制點的工藝流程圖，通過選擇合理的工藝路線，進行產(chǎn)能的優(yōu)化，最終達到設(shè)計的合理性和可行性。在設(shè)計中，以每天得產(chǎn)能為依據(jù)，為設(shè)備的選型和設(shè)計提供了依據(jù)。在設(shè)備選型階段，對主要過程設(shè)備進行了設(shè)計計算。對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生

2、的三廢進行了計算，并提出處理流程。通過編寫設(shè)計說明書，加深對鈦白粉黑段的認知，在此基礎(chǔ)上繪制帶控制點的工藝流程圖，并列出主要的設(shè)備。關(guān)鍵詞 4萬噸每年硫酸法鈦白，金紅石，工藝設(shè)計ABSTRACTTitanium pigment is currently the best performance of white paint, and it is widely used in the coatings, plastics, papermaking, printing ink, rubber, chemical fiber and other industries. Due to large am

3、ount of capital invested on production of Titanium pigment, in addition, the particularity exists: the technical process is complicated, and the key technology is surreptitious and the three wastes treatment is difficult; though titanium resources are very rich in China, the titanium pigment industr

4、y is relatively backward. The main study content of this issue is to design and research 40,000 tons / year of sulfate process titanium dioxide plant, including the choice of technical skill program, auxiliary materials, supply of fuel and power, energy saving, environmental protection and other dis

5、cussions. And the technological flow sheet with control point plans is drawn, and the production capacity is optimized through choosing a reasonable route for the optimization of production so as to design reasonably and feasibly. In the design, with a daily capacity basis for the selection and desi

6、gn of the equipment provided a basis. In equipment selection stage, the main process equipment design and calculation. The production process of the waste was calculated, and proposed processes.Through the preparation of brochures designed to enhance the awareness of titanium white. On the basis of

7、the mapping process with the control point plans .And sets out the main equipment.Keywords 40,000 tons of titanium dioxide per year sulfuric acid, rutile, process design目 錄摘 要.ABSTRACT.1緒論.11.1概述.11.1.1項目概況.11.1.2項目建設(shè)的目的、意義11.1.3設(shè)計的主要成果21.1.4設(shè)計中存在的問題212設(shè)計依據(jù)、設(shè)計原則21.2.1設(shè)計依據(jù).21.2.2設(shè)計原則.313設(shè)計范圍.31.3.1鈦白

8、裝置.31.3.2輔助工程.32 硫酸法鈦白生產(chǎn)黑段工藝設(shè)計說明.42.1原礦粉碎.62.1.1工藝目的62.1.2礦粉粒度要求62.1.3粉碎設(shè)備62.1.4原礦粉碎工藝流程簡述62.1.5原礦粉碎工藝流程框圖62.2酸解72.2.1酸解的目的72.2.2酸解的原理72.2.3鈦鐵礦酸解的工藝過程82.2.4酸解工藝流程簡述92.2.5酸解工藝流程框圖102.3沉降及熱過濾102.3.1沉降的目的102.3.2沉降的基本原理112.3.3沉降工藝流程簡述112.3.4沉降工藝流程框圖112.4控制過濾122.4.1控制過濾的目的122.4.2控制過濾工藝流程簡述122.4.3控制過濾工藝流程

9、框圖122.5濃縮122.5.1濃縮的目的122.5.2濃縮工藝流程簡述132.5.3濃縮工藝流程框圖133物料及熱量衡算143.1物料衡算143.1.1高鈦渣、鈦精礦143.1.2濃硫酸143.1.3沉降153.1.4壓濾153.1.5濃縮153.2熱量衡算153.2.1鈦礦粉碎153.2.2酸礦預混合153.2.3酸解153.2.4沉降163.2.5濃縮164設(shè)備選型184.1球磨系統(tǒng)的選擇184.2酸解鍋的選擇184.3沉降池的選擇18 4.4濃縮器的選擇194.5工程主要設(shè)備配置一覽表195污染治理及排放205.1廢氣的治理及排放205.1.1鈦白粉裝置廢氣205.1.2無組織排放20

10、5.2廢酸的產(chǎn)生及處理205.3廢水的治理及排放205.3.1工業(yè)廢水205.3.2污水處理站廢水治理及排放情況216項目分析226.1建設(shè)項目概況.226.1.1建設(shè)項目名稱、性質(zhì)和地點226.1.2建設(shè)規(guī)模、內(nèi)容226.1.3工程建設(shè)內(nèi)容及項目組成226.1.4工程建設(shè)內(nèi)容及項目組成226.1.5勞動定員及生產(chǎn)制度237結(jié)論.24參考文獻.25致 謝.261 緒論11概述1.1.1項目概況基于攀枝花市“十一五”釩鈦產(chǎn)業(yè)規(guī)劃綱要，提出攀枝花要根據(jù)世界釩鈦技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，立足于釩鈦資源優(yōu)勢、研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，結(jié)合國家產(chǎn)業(yè)政策，進一步確立釩鈦產(chǎn)業(yè)為重要支柱產(chǎn)業(yè)和今后經(jīng)濟建設(shè)重點，通過開發(fā)、

11、應用和引進國內(nèi)外釩鈦領(lǐng)域的先進科技成果；通過做大做強、積極參與國際競爭來不斷促進釩鈦龍頭企業(yè)的升級；通過擴大開放和加強國際合作，培育多種所有制形式的企業(yè)群體，使攀枝花釩鈦經(jīng)濟總量達到更大規(guī)模1。結(jié)合攀枝花發(fā)展釩鈦產(chǎn)業(yè)得天獨厚的資源優(yōu)勢、技術(shù)優(yōu)勢以及較強的研究開發(fā)能力和雄厚的釩鈦產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，我們提出在攀枝花釩鈦產(chǎn)業(yè)園區(qū)選址建設(shè)一個年產(chǎn)4萬噸/年的硫酸法金紅石鈦白粉廠。以此大力推進技術(shù)創(chuàng)新體系建設(shè)，提高釩鈦產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力，不斷增強釩鈦科技綜合實力、創(chuàng)新能力和成果轉(zhuǎn)化能力，為釩鈦產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力的技術(shù)支撐，實現(xiàn)釩鈦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新跨越。1.1.2項目建設(shè)的目的、意義鈦白粉是目前世界上性能最佳的白色顏料，

12、被廣泛應用于涂料、塑料、造紙、油墨、橡膠、化纖等工業(yè)。由于其應用領(lǐng)域的進一步拓展，鈦白粉已滲透到人們生活的各個角落，成為一種重要的無機化工產(chǎn)品，其銷售值位于世界無機化工產(chǎn)品的第三位，僅次于合成氨和磷酸。因此，鈦白粉消費量的多寡，可以衡量一個國家生活水平的高低。我國鈦資源十分豐富，但鈦白工業(yè)卻相對落后。目前全國鈦白粉人均消費量不足0.3千克，相當于北美地區(qū)的二十分之一, 西歐的十分之一。除了產(chǎn)量低之外，國內(nèi)鈦白粉的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也極不合理，銳鈦產(chǎn)能過剩，而高檔金紅石型鈦白粉嚴重短缺，主要依賴進口，1999年進口10.9萬噸， 2000年又進口14.5萬噸，花費了大量的外匯2。攀枝花地區(qū)擁有占全國90%

13、、世界35%的鈦資源。然而，現(xiàn)有年產(chǎn)1萬噸鈦白的生產(chǎn)規(guī)模并沒有充分發(fā)揮攀枝花的鈦資源優(yōu)勢，與全國鈦工業(yè)基地的稱號也相差甚遠，現(xiàn)有的鈦白產(chǎn)品品種和質(zhì)量也不能滿足國內(nèi)市場的需求，更談不上參與國際鈦白市場的競爭。在攀枝花地區(qū)建設(shè)大型硫酸法金紅石型鈦白裝置，可以充分利用攀枝花地區(qū)豐富的鈦資源、水資源、電資源、煤炭資源、石灰石資源，真正變資源優(yōu)勢為產(chǎn)品優(yōu)勢，這樣企業(yè)不僅可以長期發(fā)展，還可以帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。本工程的建設(shè)，將形成4萬噸/年國內(nèi)緊缺的高檔金紅石型鈦白粉的供應能力，這對有效緩解國內(nèi)市場高檔鈦白供應的緊張狀況，替代進口產(chǎn)品，節(jié)省國家外匯都將起到積極的作用3。同時對鞏固攀枝花鈦工業(yè)基地的地位，

14、推動國內(nèi)鈦白工業(yè)的技術(shù)進步，提高我國鈦白工業(yè)在國際同行中的地位和市場競爭能力也將具有十分重要的意義。尤其是本項目以高鈦渣為原料，體現(xiàn)了國際硫酸法鈦白發(fā)展的最新方向，在“清潔生產(chǎn)”方面樹立了新的典范，可有效帶動國內(nèi)硫酸法鈦白產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1.1.3設(shè)計的主要成果裝置和設(shè)備設(shè)計大型化裝置大型化可降低單位產(chǎn)品投資，提高產(chǎn)品競爭力，同時能夠更好的消化因環(huán)保治理導致成本增加的壓力。設(shè)備大型化可提高設(shè)備有效利用率，減少頻繁操作給產(chǎn)品質(zhì)量帶來的波動，減少裝置的占地面積。設(shè)計適合各種用途的專用產(chǎn)品由于鈦白粉用途的不斷拓展，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。世界各大鈦白粉生產(chǎn)廠家在保持傳統(tǒng)行業(yè)競爭優(yōu)勢的同時，致力于專用產(chǎn)品的開發(fā)和

15、推廣應用，擁有完善的科研開發(fā)及應用體系，更加注重技術(shù)的進步。因此本次設(shè)計開發(fā)了適合各種用途的專用產(chǎn)品。注重清潔生產(chǎn)硫酸法鈦白粉清潔生產(chǎn)，除最大限度地將污染源消減和循環(huán)利用外，更重要的是改變依靠末端治理的傳統(tǒng)思想，通過改進原料路線及生產(chǎn)工藝，達到消減污染保護環(huán)境的目的。本設(shè)計采用酸溶性鈦渣和廢酸濃縮綜合利用是硫酸法鈦白粉清潔生產(chǎn)的發(fā)展方向。1.1.4設(shè)計中存在的問題設(shè)計中尚存在的問題主要是在處理局部與整體的關(guān)系上不能很好把握，在進行設(shè)計的優(yōu)化過程中可能顧此失彼，所以整體設(shè)計不是完美。另外在硫酸法生產(chǎn)鈦白粉產(chǎn)生大量“三廢”的治理上還不是很完善，這些問題都有待于在今后的工作中結(jié)合生產(chǎn)實際加以補充、更

16、正。12設(shè)計依據(jù)、設(shè)計原則1.2.1設(shè)計依據(jù)生物與化學工程學院下發(fā)的本科畢業(yè)設(shè)計任務書；通過文獻查得的基本資料和數(shù)據(jù)；相關(guān)的國家標準（化工建設(shè)項目環(huán)境保護設(shè)計規(guī)定HGJ 6-86，機械制圖GB 4457.4-4460-84，國際單位制及其應用GB 3100-93，熱學的量和單位GB 3102.4-93）。1.2.2設(shè)計原則積極貫徹執(zhí)行國家基本建設(shè)的方針政策, 嚴格執(zhí)行國家和項目所在省、市頒布的標準、規(guī)范、規(guī)定，使設(shè)計做到切合實際，技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，安全適用；重視優(yōu)化設(shè)計方案工作，提高設(shè)計水平和降低工程投資額；治理工藝要落實可靠，排出物必須符合國家及地方的“三廢”排放標準，并盡可能做到綜合利用

17、4；節(jié)能與降耗并重，做好工藝余熱的回收和水的重復利用，提高水的循環(huán)利用率。13設(shè)計范圍根據(jù)生產(chǎn)要求設(shè)計4萬噸/年硫酸法金紅石鈦白粉廠黑段的裝置、輔助生產(chǎn)裝置和公用工程基礎(chǔ)。具體設(shè)計內(nèi)容包括：1.3.1鈦白裝置原料破碎工序：配置球磨機及相應配套設(shè)備；酸解-泥漿處理工序：配置酸解罐、沉降槽；濃縮：配置薄膜濃縮器。1.3.2輔助工程鍋爐房：配置循環(huán)流化床蒸汽鍋爐；空壓站：配置水冷螺桿式空氣壓縮機。2 硫酸法鈦白生產(chǎn)黑段工藝設(shè)計說明到目前為止，鈦白粉的工業(yè)生產(chǎn)方法應用較廣的是硫酸法和氯化法，此次設(shè)計采用的是硫酸法生產(chǎn)金紅石鈦白5。硫酸法的生產(chǎn)操作程序非常復雜，其基本化學反應中包含有一系列的簡單的化學反

18、應，硫酸法的三步最基本的化學反應分別是在酸解、水解和煅燒階段中發(fā)生的：酸解：將鈦渣及鈦精礦中的TiO2用硫酸分解為可溶性硫酸氧鈦FeTiO3 + 2 H2SO4 FeSO4 + TiOSO4 +2H2O水解：硫酸氧鈦水解生成水合二氧化鈦（TiO2·H2O）（偏鈦酸）TiOSO4 + H2O H2TiO3 + H2SO4煅燒：水合二氧化鈦煅燒脫水變成二氧化鈦 H2TiO3 TiO2+H2O硫酸法金紅石鈦白生產(chǎn)工藝見圖2.1：工藝過程簡述如下：首先將鈦礦原料干燥并經(jīng)研磨，再用硫酸分解。酸解反應前，用機械攪拌或壓縮空氣先將礦粉和硫酸的混合物攪拌均勻，加入引發(fā)液利用硫酸的稀釋熱引發(fā)酸解反應，

19、反應產(chǎn)物是鈦、二價和三價鐵、其它金屬的硫酸鹽，是一種多孔性的固相物。加入水或稀硫酸浸取固相物，得到鈦的硫酸鹽溶液稱為鈦液。在鈦液中加入鐵粉或鐵屑，使其中的高價鐵還原成亞鐵，便于后面工序中分離。然后讓鈦液靜置沉降，除去氧化硅和未反應的鈦礦一類的固體殘渣，鈦液在沉降之前，需加入絮凝劑使其中的膠體物質(zhì)絮凝沉降，為了提高沉降后鈦液的質(zhì)量，用過濾的方式降去一部分未沉降的雜質(zhì)。初步凈化后的鈦液根據(jù)工藝要求的鐵鈦比用冷凍或真空結(jié)晶，讓大部分硫酸亞鐵結(jié)晶析出而得以分離，分離亞鐵后通過控制過濾除去鈦液中的微量殘渣。然后對鈦液進行濃縮，使鈦液濃度提高到水解所要求的濃度。鈦液的水解是硫酸法生產(chǎn)鈦白粉最關(guān)鍵的一步，為

20、確保水解產(chǎn)物的質(zhì)量，水解條件必須嚴格控制。水解快結(jié)束時用水稀釋，可提高鈦液的水解率，但稀釋過度，則會影響水合二氧化鈦的質(zhì)量6。水解所得的水合二氧化鈦經(jīng)過濾除去所吸附的母液后用水洗滌，其酸性濾液應回收處理。水洗以后的水合二氧化鈦在酸性和還原條件下進行漂白和漂洗除去殘存的微量雜質(zhì)鐵，然后加入少量能控制晶體成長的物質(zhì)(鹽處理劑)，再進行煅燒。水合二氧化鈦的煅燒是很重要的工序，煅燒是在有一定傾角的轉(zhuǎn)窯內(nèi)進行的。水合二氧化鈦在轉(zhuǎn)窯內(nèi)首先脫除水分，再脫除吸附的三氧化硫，最后是晶體的成長以及向金紅石型轉(zhuǎn)化過程，其中晶體成長和晶型轉(zhuǎn)化是在高溫條件下進行的，必須仔細控制。煅燒后的二氧化鈦粗制品經(jīng)研磨、分級(如是

21、銳鈦型經(jīng)研磨后就得到產(chǎn)品)后，用無機、有機物對二氧化鈦進行表面處理，最后對表面處理后的二氧化鈦進行洗滌、干燥和粉碎，得到金紅石型二氧化鈦產(chǎn)品。鈦渣、鈦礦球 磨濃硫酸 壓空 小度水/廢酸酸 解沉 降板 框 過 濾濃 縮水 解水 洗廢酸去廢酸濃縮系統(tǒng)廢水去煅燒尾氣噴淋系統(tǒng)漂 白金紅石晶種漂 洗廢酸去廢酸濃縮漂洗水偏鈦酸晶種制備金紅石晶種尾氣尾氣處理系統(tǒng)稀堿液窯前壓榨煅 燒 尾氣處理打 漿廢水去污水處理砂 磨表面處理化學品制備過濾洗滌閃蒸干燥氣流粉碎蒸汽成品包裝泥漿去污水處理圖2.1 硫酸法金紅石鈦白生產(chǎn)工藝流程圖7鈦白粉黑段主要包括原礦粉碎工序、酸解、沉降、控制過濾、真空濃縮工序。下面就此次設(shè)計的

22、黑段部分主要工藝流程作如下敘述。21原礦粉碎2.1.1工藝目的經(jīng)過精選的鈦鐵礦砂，或是經(jīng)初步破碎的高鈦渣，粒度不規(guī)范比較粗，為了與硫酸反應能順利進行并反應完全，提高酸解率，因此在使用前必須先把它磨細，以增加反應接觸面。粒度越細反應速度越快，反應越完全。 2.1.2礦粉粒度要求要求細，一般來說，與酸解反應所用的硫酸濃度和酸解反應器的大小有關(guān)，硫酸濃度低，則礦粉應該細一些，否則反應便不夠完全；酸解反應器大，相對來說礦粉可粗一些。龍蟒鈦白粉生產(chǎn)工藝要求細度為過325目篩余1525%8。粒度分布應該窄而均勻，使酸解反應在每一顆粒上差不多同時開始反應和同時完畢。如果粗細懸殊，則粗顆粒來不及完全

23、反應而總反應已經(jīng)結(jié)束，會增加未反應殘渣，而細顆粒則過早反應完畢，就會降低鈦液的穩(wěn)定性，并增加發(fā)生早期水解的可能性。2.1.3粉碎設(shè)備粉碎設(shè)備一般采用雷蒙磨和風掃磨，本流程粉碎設(shè)備采用風掃磨，它屬于一種臥式球磨機。有一橫臥圓筒，筒中放置研磨介質(zhì)，通常都是球形的，故稱球磨機。球的直徑大小不等。研磨時加入礦粉，開動磨機使圓筒轉(zhuǎn)動，球與球之間的摩擦使其間的礦粉被研細，粉碎后的物料由熱風爐送入的熱空氣流攜出到分級機進行分級，達到工藝要求粒徑的細礦粉被送入酸解工序，粗顆粒返回磨機，繼續(xù)粉碎9。2.1.4原礦粉碎工藝流程簡述原料鈦鐵礦粉由斗式提升機送入磨前貯斗，經(jīng)圓盤給料機定量加入風掃磨進行粉碎。磨細礦粉從

24、風掃磨里被空氣流帶入粗粉分離器，在此處將粗粒從磨細的礦粉中分離出來，并返回到風掃磨再研磨。符合要求細度的礦粉靠空氣流送入旋風分離器并進行分離，含塵氣體由循環(huán)風機抽吸，抽出的含塵氣體的輸送分三個支流：一部分含塵氣體去風掃磨機頭作為補充風量，一部分含塵氣體去風掃磨機尾作為輸送礦粉的動力，另一部分含塵氣體經(jīng)布袋除塵器收塵后清凈的尾氣由排風機排入大氣；旋風分離后的礦粉經(jīng)振動料斗送入倉式輸送泵，經(jīng)倉式輸送泵用壓縮空氣把礦粉送入礦粉計量貯斗作為酸解工序原料備用。2.1.5原礦粉碎工藝流程框圖酸溶鈦渣、鈦精礦原料庫原礦貯斗斗提機磨前貯斗給料器熱風爐風掃磨分極機旋風分離器振動料斗循環(huán)風機布袋除塵器排風機排空倉

25、式輸送泵計量貯斗粗粉酸解圖2.2 原礦粉碎工藝流程圖2.2酸解2.2.1酸解的目的把難溶的鈦鐵礦中的鈦、鐵等元素化合物轉(zhuǎn)化為可溶性的硫酸鹽類，以便后面各工序把雜質(zhì)除去。2.2.2酸解的原理鈦鐵礦主要化學成份是偏鈦酸鐵，屬弱酸弱堿鹽，所以用硫酸這樣的強酸與它反應，反應基本上是不可逆的，并能夠進行得比較完全，若與過量的硫酸反應可生成可溶性的鈦鹽(包括Ti4+和TiO2+的鹽)。從熱力學數(shù)據(jù)可知，酸解是放熱反應。礦中所含其它礦分的氧化物、硫化物、砷化物、磷酸鹽等也被硫酸分解而轉(zhuǎn)入到溶液中，利用溶液的特性，通過物理和化學方法，可有效地把鐵、硅、錳、釩、鉻等元素與鈦分離，制得純凈的成品。硫酸分解鈦鐵礦發(fā)

26、生的反應，可用下列反應式來表示：FeTiO3 + 3H2SO4 FeSO4 + Ti(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）其中，硫酸氧鈦的生成，也可視為硫酸鈦初步水解的產(chǎn)物：Ti(SO4)2 + H2O TiOSO4 + H2SO4 （4）上述反應是能夠發(fā)生且可進行得比較完全。但化學反應是只有活化分子才能參加反應，要達到鈦鐵礦的活化能，就必須使其分子活化。由于硫酸稀釋時釋放出大量的熱能，所以就先利用硫酸的稀釋

27、熱來引發(fā)反應，然后再利用其自身反應所放出的反應熱來完成鈦鐵礦的分解反應。2.2.3鈦鐵礦的酸解工藝過程鈦鐵礦的酸解工藝操作，大致可分為以下四個步驟：鈦鐵礦的分解、反應產(chǎn)物的熟化與冷卻、浸取、還原10。鈦鐵礦的分解鈦鐵礦與硫酸在不超過40的溫度下混勻后由預混合罐放入酸解罐中，在壓縮空氣激烈攪拌下加起始水（工藝水或25%硫酸）引發(fā)反應。反應開始時酸解罐中有白煙從人孔處外溢，酸解罐有輕微振感，由于反應放熱，溫度急劇上升，數(shù)分鐘內(nèi)可猛增百余度，最高溫度可達200左右，隨著白煙越來越濃，酸解罐明顯振動，反應體系體積瞬間膨脹產(chǎn)生大量泡沫。硫酸中的水分以水蒸汽的形式夾帶著酸霧、二氧化硫、三氧化硫及礦粉很快蒸

28、發(fā)。主反應在大約6分鐘內(nèi)結(jié)束，形成多孔疏松的固相物。反應產(chǎn)物的熟化與冷卻主反應結(jié)束后，減小壓縮空氣流量，此時固相物溫度約180200，保溫熟化一段時間讓其慢慢冷卻，使未反應的鈦鐵礦利用此溫度與固相物中殘存的游離硫酸繼續(xù)反應。一般來說，鈦精礦的酸解率可達95%97%，而實際生產(chǎn)中酸解率的85%90%是在主反應期間完成的，熟化一定時間可使酸解率提高5%10%。確定熟化時間的長短應根據(jù)主反應的激烈程度、投礦量的大小、室溫的高低以及酸解罐的構(gòu)造和完善程度而定。熟化的起始時間以主反應結(jié)束計。熟化時間過長，則由于固相物溫度的逐步降低而使得其與游離硫酸的反應逐漸停止，酸解率的提高便不明顯，而浸取的時間卻要明

29、顯增長；熟化時間過短，則起不到熟化以提高酸解率的作用。對于此次設(shè)計選用160m3這樣的大型酸解罐來說，熟化時間需要90150分鐘11。浸取浸取是指在壓縮空氣攪拌、嚴格控制浸取液濃度和酸度的情況下，用水或部分稀廢酸、小度水（低TiO2濃度的回收液）將反應固相物溶解，使鈦和鐵等金屬的硫酸鹽轉(zhuǎn)至溶液中的過程。加水浸取的時間為兩小時。工業(yè)生產(chǎn)中一般先加稀廢酸（水解產(chǎn)物偏鈦酸過濾后的母液）后加水或小度水。酸解時加入稀廢酸不僅可以降低浸取時的溫度、增加溶液的酸度以防止早期水解(所謂早期水解是指鈦液尚未進行熱水解就開始析出偏鈦酸或正鈦酸)，還可以同時降低反應時的酸礦比而節(jié)約硫酸的消耗。由于小度水是洗滌泥渣、

30、亞鐵和清洗鈦液貯槽等含有低濃度TiO2的鈦液，所以用小度水則可提高鈦的收率、降低鈦的損失。浸取時重新增大壓縮空氣的流量，在壓縮空氣攪拌下先以大量的浸取液（水或稀廢酸）迅速浸沒固相物后，再以一定的速率把浸取液加入酸解罐中。如果加水速度太慢，則由于剛開始浸取時固相物溫度仍較高，水量較少將導致表面浸出物局部溫度過高容易造成早期水解；加水速度太快，由于固相物的溶解有一個過程，則會致使短時間內(nèi)局部溶液濃度和酸度過低，加之此時的溫度還較高，也易發(fā)生早期水解。早期水解生成的不定型的的乳白色膠體顆粒粒徑細而不規(guī)則，不僅影響浸取而且在沉淀時部分會隨泥渣一道沉降下來使鈦的收率降低，在過濾時這些膠體顆粒又會堵塞濾布

31、，增加過濾操作的難度，更為嚴重的是水解時它們還會充當不良的結(jié)晶中心，影響水解產(chǎn)物的粒徑和粒徑分布，從而最終降低顏料的性能。還原從電極電位可知氧化型的氧化能力為Fe2+<Ti4+<Fe3+；還原型的還原能力Fe2+<Ti3+<Fe0<Zn0<Al0。反應固相物溶解后，用鐵屑把Fe3+還原成Fe2+。一般在浸取進行了一小時后就加入與鈦鐵礦中高鐵含量大致相當?shù)倪€原鐵粉。由于還原反應是一個放熱反應，為避免因反應放熱使溫度升高過快而導致鈦液穩(wěn)定性下降，鐵粉可分批加入，并通過調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量以及所加浸取液的數(shù)量將還原時的溫度始終控制在70以下，且溫升不大于6。然后根據(jù)

32、酸解工藝的具體要求，將裝有鐵粉的鈦籃吊入酸解罐進行微調(diào)。當溶液中有四價鈦被還原成三價鈦時，溶液會從土黃色變?yōu)樽虾谏@是因為三價鈦在溶液中實際上是以Ti2（SO4）3·6H2O的紫黑色絡(luò)合物的形式存在的。主要涉及的化學反應可描述如下：Fe + Fe2(SO4)3 = 3FeSO4 （5）2TiOSO4 + Fe + 2H2SO4 = Ti2(SO4)3+ FeSO4 + 2H2O （6）根據(jù)氧化還原反應的電極電位，溶液中的還原劑首先與氧化性作用較強的三價鐵反應，待溶液中的三價鐵全部被還原成二價鐵后，四價鈦才參與反應被還原成三價鈦。因此一旦溶液中出現(xiàn)三價鈦就表明體系中的三價鐵已全部被還

33、原成了二價鐵。溶液中保持一定的三價鈦含量可以有效防止已被還原的低價態(tài)的金屬離子在以后的生產(chǎn)中再被氧化成高價狀態(tài)，但由于三價鈦只有在pH大于3時才能水解，因此其含量過高雖然對質(zhì)量有好處卻會降低水解率，增加鈦的損失，經(jīng)濟上很不劃算。所以工業(yè)生產(chǎn)中一般保持鈦液中的三價鈦含量（以TiO2計）在13g/l左右。2.2.4酸解工藝流程簡述來自硫酸計量槽中一定數(shù)量的硫酸，與來自稱量槽中經(jīng)準確計量的鈦鐵礦粉在預混合槽內(nèi)通過機械攪拌，混合均勻后放入酸解反應罐中，據(jù)工藝情況可采用以下兩種方法啟動酸解反應：工藝水啟動：在酸解罐中加入來自水計量槽經(jīng)準確計量的一定數(shù)量的水，酸被稀釋放出的熱量使混合物的溫度升高，到一定溫

34、度時開始發(fā)生酸解反應。22%左右廢酸啟動：在酸解反應罐中加入廢酸計量槽中經(jīng)準確計量的一定數(shù)量的廢酸，此時酸稀釋放出的熱量足以發(fā)生酸解反應。上述兩種情況下均可發(fā)生酸解反應，反應中產(chǎn)生的氣體經(jīng)水力噴射器噴淋再經(jīng)酸解噴淋煙囪排入大氣，所用噴淋水經(jīng)循環(huán)水池用泵送入水力噴射器和噴淋煙囪，噴淋后的水回流至循環(huán)水池。其循環(huán)水池的水達到一定濃度后送入廢水處理系統(tǒng)進行處理，補充水由水站供應或工藝廢水進行補充。經(jīng)15分鐘左右的酸解反應后，產(chǎn)物進行1.52小時的熟化，然后加一定量的水進行浸取操作，加水時間為2小時，在加水1小時后，使用鐵粉進行三價鈦鐵離子還原，2小時內(nèi)加水至要求的料位，補充鐵屑由吊籃經(jīng)電動葫蘆浸入溶

35、液中，爾后進行68小時的還原反應，還原期間，調(diào)節(jié)壓縮空氣量控制料液溫度不得超過70攝氏度，還原結(jié)束后取樣送化驗室，制備好的鈦液經(jīng)鈦液泵槽由鈦液泵送入后工序澄清池。2.2.5酸解工藝流程框圖酸解鍋引發(fā)液計量槽礦粉計量貯斗預混槽98%酸鐵粉98%酸計量槽浸取水25%酸貯槽小度水貯槽水力噴射器尾氣噴淋煙囪鈦液料漿泵槽鈦液去沉降工段補充水去污水處理循環(huán)水池排空壓縮空氣圖2.3 酸解工藝流程圖2.3沉降及熱過濾2.3.1沉降的目的沉降是借助于重力作用，除去鈦液中的不溶性雜質(zhì)和膠體顆粒，將鈦液初步凈化，通過沉降除去雜質(zhì)，可提高副產(chǎn)品硫酸亞鐵的質(zhì)量并加快它的過濾速度，同時膠體顆粒如不除去，在以后的水解時便成

36、為一種無一定組成和數(shù)量的晶核，會影響水解過程、水解產(chǎn)物的組成和結(jié)構(gòu)、水洗的難易程度及最終產(chǎn)品質(zhì)量。2.3.2沉降的基本原理沉降是利用重力作用使體系中的懸浮固體顆粒沉降下來，為了加速沉降過濾，同時加入帶相反電荷或大量極性基團的溶膠與固體顆粒膠體產(chǎn)生共沉淀，以除去鈦液中的不溶性雜質(zhì)和膠體雜質(zhì)。2.3.3 沉降工藝流程簡述浸取、還原后的鈦液由鈦液泵從酸解反應罐中送至沉降槽中，其間加入定量的絮凝劑。在澄清過程中，硅、未酸解的鈦鐵礦及膠體沉降至沉降池底部。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，沉清后的液體由鈦液泵打入壓濾機進行熱過濾，濾液用清鈦液泵打入結(jié)晶崗位的供料槽中，濾渣送入泥漿槽中。沉降槽中沉降下來的泥漿，由泥漿泵間

37、歇地打入泥漿槽中，在此經(jīng)過加熱后由泥漿泵打入廂式壓濾機中過濾。濾液送回沉降槽繼續(xù)沉降，濾餅則進行二次漿化，然后再次泵入廂式壓濾機中壓濾，所得濾液去酸解工序作浸取的小度水，殘渣則泵去污水處理站處理。2.3.4 沉降工藝流程框圖絮凝劑稀釋槽絮凝劑配制槽磷酸三鈉 外購AMPAM 沉 降 槽廂式壓濾機泥漿漿化、加熱槽廂式壓濾機木炭粉配制槽廂式壓濾機濾液混合器外購甲醛、二甲胺鈦液精鈦液清鈦液外購木炭粉泥渣去渣場工藝水圖2.4 沉降及熱過濾工藝流程圖2.4控制過濾2.4.1控制過濾的目的經(jīng)沉降后的鈦液仍含有膠體、機械雜質(zhì)，它們的表面吸附重金屬離子，如不除去，則在水解時會形成不良的結(jié)晶中心，影響偏鈦酸粒子的

38、大小和形狀，從而最終影響成品的質(zhì)量(特別是白度、消色力)。鈦液控制過濾的目的，就是除去這些雜質(zhì)，使鈦液進一步凈化，保證水解鈦液的質(zhì)量。2.4.2控制過濾工藝流程簡述將木炭粉與少許濾液在木炭漿制備槽中配制成漿后，用泵打入廂式壓濾機，在濾布上形成一層均勻的助濾層。當循環(huán)液變清時，停止循環(huán)，再把待過濾的鈦液泵入廂式壓濾機進行循環(huán)過濾，一旦濾液的澄清度符合工藝要求，就停止循環(huán)而進行連續(xù)過濾。濾出的精鈦液流入精鈦液貯槽，精鈦液再由泵送至濃縮工序。截留在濾布上的濾餅先用工藝水進行洗滌，洗滌后的濾餅用壓縮空氣吹干后從廂式壓濾機上卸下，并用小車運去鍋爐房摻燒。2.4.3控制過濾工藝流程框圖廂式壓濾機工藝水洗水

39、壓縮空氣木炭漿配制槽木炭粉精鈦液貯槽去濃縮高位槽廢渣運去鍋爐摻燒洗水去一洗液泵槽木炭漿鈦液圖2.5 控制過濾工藝流程圖2.5濃縮2.5.1濃縮的目的鈦液濃度直接影響水解速率的快慢，而水解速度又與水解產(chǎn)物的粒徑分布密切相關(guān)，因此鈦液濃度的高低將最終影響產(chǎn)品的顏料性能。為此需將精鈦液進行濃縮以將鈦液的濃度控制在一定的范圍內(nèi)，這樣鈦液在水解時可獲得一定粒徑及粒徑分布的偏鈦酸粒子。對于不同的水解工藝，鈦液濃度不同。采用外加晶種水解工藝時，鈦液的濃度一般控制在200220g/l，而采用自生晶種法水解工藝時，則一般要求控制在230260g/l。2.5.2濃縮工藝流程簡述精鈦液經(jīng)高位槽后，按一定的流速進入薄

40、膜蒸發(fā)器后進行鈦液的濃縮，濃縮達到工藝要求濃度時鈦液經(jīng)液封槽流入鈦液調(diào)配槽。合格濃鈦液送到水解工序鈦液預熱槽備用，不合格鈦液回到鈦液貯槽。從薄膜蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的二次蒸汽，經(jīng)脫鹽水預熱器用脫鹽水間接冷凝，未被冷凝的蒸汽和不凝性氣體在混合冷凝器中用水噴淋冷凝后，冷凝液送入循環(huán)水槽，不凝性氣體被水環(huán)真空泵抽出排空。薄膜蒸發(fā)器使用一定時間，需排凈鈦液，用來自氫氟酸循環(huán)槽的氫氟酸對薄膜蒸發(fā)器進行洗滌。2.5.3濃縮工藝流程框圖脫鹽水預熱槽混合冷凝器水環(huán)真空泵鈦液液封槽鈦液調(diào)配槽氫氟酸循環(huán)槽循環(huán)上水脫鹽水去水洗高位槽精鈦液鈦液高位槽飽和蒸汽薄膜蒸發(fā)器排空地溝去水解工序預熱槽脫鹽水外購氫氟酸圖2.6 濃縮工

41、藝流程圖3 物料及熱量衡算本項目擬定使用的原輔料成份見下表：表3.1 本項目擬使用鈦渣的化學組份表：（以重量計%）名 稱組 份名 稱組 份TiO279CaO0.86TFe7.5V2O51.46MgO1.54Al2O32.7SiO23.3FeO7.98Ti3+6.14表3.2 本項目擬使用鈦精礦的化學組分（以重量計%）名稱組分名稱組分名稱組分TiO247.16CaO1.39V2O50.087FeO34.72MnO0.619Cr0.005Fe2O35.70S0.157CoO0.01Mg05.26CuO0.004Al2O31.21SiO22.96P2O50.006其它0.7113.1物料衡算計算依據(jù)

42、：總收率85% 年產(chǎn)量4萬噸 工作日330天 平均日產(chǎn)40000/330/85%=142.6噸3.1.1原礦粉碎計算依據(jù)：礦品位：高鈦渣含TiO279% 鈦精礦含TiO247% 高鈦渣鈦精礦=73日需磨礦:高鈦渣（A）鈦精礦（B），0.79A0.47B142.63A7B經(jīng)計算得出需磨高鈦渣143.83噸/天，需磨鈦精礦61.73噸/天3.1.2酸解綜合所選擇得工藝技術(shù)條件，結(jié)合本次設(shè)計所選的原料，本次設(shè)計選用98%的硫酸按酸礦比鈦礦硫酸（質(zhì)量比，以98%計）11.68×98%11.65.根據(jù)工廠經(jīng)驗，酸解率為94%，那么酸解反應所需98%的硫酸的質(zhì)量m1.65×(143.8

43、361.73) 339.17噸/天由于在礦酸預混合放料后還要加5m3的洗滌酸，故總共需加入98%的酸的質(zhì)量為339.175×1.84348.37噸/天，總體積為348.37/1.84189.33m3。3.1.3沉降根據(jù)工廠經(jīng)驗沉降出液率為75%左右，那么沉降出的鈦液的體積為V189.33×75%142.00m3。 3.1.4壓濾根據(jù)工廠數(shù)據(jù)，壓濾過程中有90%左右的鈦液被過濾，則壓濾過后的清鈦液的體積V142.00×90%127.8m33.1.5濃縮按要求規(guī)定濃縮前鈦液的濃度為170g/l190g/l，取中間平均數(shù)180g/l。濃縮后的鈦液濃度為225g/l235

44、g/l，取中間平均數(shù)為230g/l。根據(jù)TiO2守恒，可算出清鈦液在濃縮前后減少的體積為V142.6/(230180) 2.85m3，那么濃縮后的體積為V127.82.85124.95m33.2熱量衡算3.2.1鈦礦粉碎查得高鈦渣得定壓熱容Cp0.73KJ/Kg,鈦精礦得定壓熱容Cp0.70KJ/Kg,酸礦混合物得定壓熱容Cp0.63KJ/Kg12。按照鈦白粉生產(chǎn)酸解崗位操作規(guī)程，磨后的礦粉的溫度必須小于等于70，因為超過70在礦酸預混合事就會發(fā)生劇烈的反應，導致礦酸還沒有進入酸解鍋就發(fā)生難以控制的主反應，從而導致事故的發(fā)生，所以磨后的礦粉的溫度必須小于等于70。以70計算，根據(jù)攀枝花的氣候條

45、件，得知攀枝花礦的溫度一般為15。那么可以得出在磨礦后鈦礦所具有的熱量為：QCp·m·t(0.7×61.730.73×143.83) ×（7015）8.15×106KJ3.2.2酸礦預混合按照鈦白粉生產(chǎn)酸礦預混合崗位操作規(guī)程在此預混合過程中酸礦混合溫度不能超過40，在此階段由于是濃硫酸所以基本不與礦反應可以忽略此時產(chǎn)生的少量反應熱，假設(shè)使酸礦混合物溫度升高的熱量來自磨礦階段礦粉的熱量那么酸礦混合物的溫度為：T01.04×107/（0.63×345.34×1030.63×205.56×1

46、03）30通過計算達到規(guī)定酸礦混合物的溫度不超過40的要求。3.2.3酸解為了反應時使鈦鐵礦活化，以加快酸解的速度，酸解時對礦酸混合物預熱至60，在此過程中需要的熱量為QCp礦酸mt=0.63×(143.8361.73348.37) ×(6030) 1.05×104KJ通過書籍查得二氧化鈦、氧化鐵、氧化亞鐵與硫酸的反應熱分別為302.3 KJ/Kg、885.1KJ/Kg、1688.9KJ/Kg。酸解主反應放出的熱：Q3.023×105×142.661.73×0.057×8.851×10561.73×0.3

47、472×1.6889×106 1.104×108KJ硫酸的稀釋熱：由公式Q17860n×1.1863/(n1.983)其中n為稀釋1mol硫酸所加入的水的摩爾數(shù)。根據(jù)工廠的經(jīng)驗浸取時的加水的質(zhì)量與硫酸的加入量是1.61，在酸解后鈦液的F值為1.952.05，取中間平均值2.00，根據(jù)F有效酸濃度/總TiO2濃度，而有效酸=與鈦結(jié)合的酸游離酸，所以游離的酸的濃度有效酸總TiO2的濃度總TiO2濃度×（F1）180g/l所以游離的酸的質(zhì)量為：m180×189.3334.08噸故加入水的質(zhì)量為1.6×34.0854.53噸/天n(

48、34.08/18)/(54.53/98) 3.00mol所以硫酸被稀釋所產(chǎn)生的熱量為：Q17860×3×1.1863/(31.983) 1.28×104 KJ3.2.4沉降為了使沉降順利，沉降的溫度控制在45，浸取后的鈦液的溫度通常在50左右，所以只需要保持鈦液的溫度在45即可，采用輻射傳熱的方法，并視傳熱面的溫度為45，對空氣，對流輻射的聯(lián)合傳熱系數(shù)aT9.80.07(twt) 12.25w/m2k，則單位面積的散熱量qTaT.t12.25×(8045) 183.75w/m2。3.2.5濃縮濃縮的原理是采用薄膜蒸發(fā)器，依靠飽和蒸汽被冷凝是放出的熱量將清

49、鈦液中的水蒸發(fā)，以此來提高鈦液的濃度。根據(jù)鈦白粉廠生產(chǎn)的實例，濃縮前清鈦液的濃度（以二氧化鈦計）為170g/l190g/l，取中間數(shù)180g/l,濃縮后的鈦液的濃度為220g/l240g/l，也取中間數(shù)為230g/l。在濃縮過程中鈦液減少的體積及為蒸發(fā)掉的水，減少的體積為：V=142.6/(230180)=2.85m3通過熱力學書查得在0.07MPa下飽和液體的氣化溫度為90，氣化熱為376.92KJ/Kg。則濃縮所需熱量為(冷凝水的溫度為30)：QCpmt2850×376.92×(9030) 6.45×107KJ4 設(shè)備選型4.1球磨系統(tǒng)的選擇根據(jù)生產(chǎn)要求每天要

50、磨礦205.56噸,每天以20小時計則每小時需要磨礦205.56/2010.28噸,參考此要求選擇一臺2.8m×6.1m的球磨機,則其體積為:V3.14×1.4×1.4×6.137.54 m3其筒體有效容積為36.94 m3，每小時的進料量為1012噸，理論上一天可磨礦約為200240噸，由于存在著對礦粉細度的要求（高鈦渣細度：280325目篩余物3%8%；鈦精礦細度：280325目篩余物13%18%），所以實際上每天可磨礦約為164233噸。該球磨機能夠滿足4萬噸/年鈦白的產(chǎn)量設(shè)計。此外，和球磨配套的分級機、布袋除塵器、風機等都要相互匹配，滿足設(shè)計產(chǎn)量的要求。4.2酸解鍋的選擇根據(jù)鈦白生產(chǎn)酸解反應中1m3只能反應0.20噸礦粉的設(shè)計標準來計算13，則每天反應205.56噸的礦所需的反應