钛白粉生产工艺技术,余热浓缩废酸技术

吕利平 【摘要】：本论文是以重庆渝港钛白粉股份有限公司处理钛白废酸的三段浓缩工艺为工业背景,对该工艺的一级浓缩阶段进行改进和优化。 该工艺在实际的运行过程中,由于酸浓度的增加,溶液中的硫酸盐极易结晶析出,使得换热器结垢和管道堵塞,造成了设备的利用率低,运行周期短,严重影响企业的正常运作。 针对上述情况,对硫酸法钛白粉生产过程中废酸浓缩工艺的改进进行了系统研究。 本文运用溶解度原理法解决了管道的堵塞问题,提出了废酸浓缩的新工艺。 即一段用真空结晶的方法,使换热过程和结晶过程独立进行,选择合适的温度,确保在换热过程中废酸中的硫酸盐不会结晶析出,同时确定结晶的温度和结晶时间。 结晶后的溶液通过离心机进行固液分离,除去大约70%左右的硫酸盐,接着进行二级浓缩使废酸浓度达到65%,再进行三级浓缩使废酸浓度达到80%,该废酸可以作为原料酸送回到钛白粉的生产工序中使用。

在分离过程中,所得到的固体硫酸盐用5%的硫酸进行清洗可以得到浓度大于90%的硫酸亚铁产品,该产品可以作为成品进行出售。 同时,在实验数据和原有生产装置的基础上进行了初步的工艺流程设计,形成一套新的废酸浓缩工艺。

钛白粉废酸

本文对新工艺的工艺流程、工艺特点、物热平衡作了详细的计算。 根据所设计的工艺流程,通过查阅大量文献资料,收集了相关体系的物性数据,建立了相关的计算模型,对新工艺中的各个阶段进行了相关的计算,确定了工艺的工程消耗。

根据工艺条件对新工艺中的主要设备,包括真空结晶器、蒸发器、换热器等设备进行了设备尺寸的计算、选型和机械设计。 采用AUTO CAD软件绘制了PID图和PFD图,设备装配图以及设备布置图和管道布置图。 ,对新旧工艺进行了投资估算和初步经济分析,可以看出新工艺具有明显的技术优势,每年可以为该公司增加221万元的经济利润。 本文所设计的废酸浓缩新工艺克服了旧工艺中存在的几个严重缺陷,从根本上解决了废酸浓缩过程中堵塞管道和设备的技术难题。 该工艺流程条件易于控制,设备利用率高,污染少,经济效益明显,发展前景可观,具有较强的技术优势,值得推广使用。 它克服了现有废酸浓缩回收方法蒸汽耗量大，电耗高，运行费用高；浓缩效率低；运行设备多且结构复杂；工艺设计复杂等不足。 本发明具有如下优点：节能成效显著，节约了大量外界蒸汽用量，提高了装置运行的效率和经济性；克服了设备腐蚀和结晶堵管难题；解决了无机盐分离难题；产生的尾气、工业泥渣均通过达标后排放，不污染环境；设备性价比高，实用性强，极具行业推广性。 这些废酸若不经处理直接排放，不仅污染环境，还造成资源的严重 浪费。

钛白粉

如何处理这些废酸，经济合理地回收其中有价值的部分，已成为硫酸法生产钛白的一个重要技术难题，也是困扰环境保护与钛白工业发展的重大问题。 对此，本文将综述国内外钛白废酸的治理与综合利用的研究及应用情况。 表1钛白废酸的组成 表1钛白废酸的组成 1国内外主要钛白粉企业对废酸的综合利用 从硫酸法钛白技术开始工业化后，国内外学者开始研究废酸的综合利用。 发展至今，综合利用的途径较多，而应用于工业生产的有废酸浓缩法、中和法、因地制宜采用多种方法治理废酸的方法。 1．1废酸浓缩法 浓缩法是加热废酸，使硫酸浓度增加，然后返回酸解工序。

真空蒸发浓缩，根据其蒸发强度、浓缩级数，分别把20％左右的废硫酸浓缩至40％、50％、70％甚至90％以上，该法为近年来国内外钛白粉企业普遍采用的浓缩方法。

生产工艺

1．1．1国外钛白废酸浓缩技术 德国拜耳公司从20世纪50年代后期开始研究废酸浓缩技术，1982年，拜耳在德国的Krefeld—Uerdingen，采用自主创新技术，在一个钛白粉工厂中首次对废酸进行全部回收，成为世界上最早采用此法的厂商。 经过几十年的努力创造了生产钛白的硫酸闭路循环模式。 拜耳公司废酸浓缩工艺流程为，利用硫酸厂余热蒸汽首先将废酸浓缩至30％，再进行真空多级浓缩至65％，再利用煅烧尾气将65％的废酸浓缩至85％。 在浓缩过程中生成的一水硫酸亚铁，添加到制硫酸的原料硫铁矿或硫磺中，利用其燃烧产生的大量热，热分解生成氧化铁和二氧化硫。 还值得借鉴和学习的是，七水硫酸亚铁的脱水方法：硫酸亚铁先在30％～65％的浓废酸中脱水生成一水硫酸亚铁，然后再与硫铁矿焙烧生产硫酸。

钛白生产

30％～65％的浓废酸是由废酸浓缩车间来的70％浓废酸与20％的水解废酸配制后获得的，该法的优点是可以节省硫酸亚铁脱水时的能耗，综合利用了浓废酸，而且湿法脱结晶水污染较小。 加拿大Chemetics公司开发了一种废酸浓缩回收工艺，该工艺的特点是将废酸喷射到喷雾干燥器中，酸和水蒸气被蒸发掉，冷凝后得到93％～96％的H2SO4，金属硫酸盐收集在旋风收尘器中，回收的硫酸可直接用来生产钛白。 此工艺已用于亨兹曼——氧化钛公司在加拿大的钛白粉厂、克朗诺斯公司加拿大分公司和QIT公司。 瑞士SulzerEscherWyss公司开发出的废酸浓缩分为两步：首先通过三级蒸发将废酸从20％浓缩至65％～70％，再冷却结晶，过滤分离出硫酸盐；然后将分离出硫酸盐后质量分数约70％的废酸送入末级浓缩器浓缩至90％直接供酸解使用。 该公司已在波兰波利斯公司钛白粉厂建立了11t／h～24t/h的废酸浓缩装置。 后来在此基础上又增加第二段浓缩使废酸浓度提高到65％，但因七水硫酸亚铁脱水生成的一水硫酸亚铁堵塞蒸发器的列管未能投入工业化生产。 东华工程科技股份有限公司通过对硫酸法钛白废酸浓缩的开发与研究，结合引进废酸浓缩装置的经验，对废酸浓缩的工艺条件和关键设备进行了技术开发，形成专有技术。